雷电及雷电流参数
雷电流波形的关键参数
雷电流波形的关键参数雷电是一种自然现象，它产生的电流波形是非常复杂的。
为了更好地理解雷电的特性和行为，研究人员发展了一些关键参数来描述雷电流波形。
这些参数可以提供有关雷电能量释放过程的信息，并帮助我们更好地了解和预测雷电对环境和设备的影响。
在本文中，我将深入探讨雷电流波形的关键参数，包括峰值电流、上升时间、持续时间和下降时间。
我将从简单到复杂地介绍这些参数，并分享我的观点和理解。
1. 峰值电流：峰值电流是指雷电流波形中的最大电流值。
它是衡量雷电强度的重要指标，通常以千安（kA）为单位。
峰值电流的大小取决于雷暴云和被击中的物体之间的电荷差异以及雷电通道的导电能力。
较大的峰值电流意味着更强的雷电击中，可能会对设备和结构造成更严重的损害。
2. 上升时间：上升时间是指雷电流波形从最低电流值上升到峰值电流所需的时间。
它可以反映雷电流波形的急剧程度。
较短的上升时间意味着雷电流波形的变化速度快，释放的能量更集中，可能会导致更强烈的冲击和电磁干扰。
3. 持续时间：持续时间是指雷电流波形持续保持在峰值电流附近的时间长度。
它可以告诉我们雷电释放能量的持续时间。
持续时间较长的雷电事件可能会对设备和结构造成更长时间的影响，例如电磁辐射和电压过载。
4. 下降时间：下降时间是指雷电流波形从峰值电流下降到最低电流值所需的时间。
它可以用来描述雷电释放能量的方式。
较长的下降时间通常意味着雷电能量释放缓慢，可能会对设备和结构造成更持久的影响。
基于以上参数，我们可以更全面地了解雷电流波形的特性和行为。
通过评估这些参数，我们可以预测雷电对设备、结构和环境可能产生的影响，采取适当的防护措施和安全预防措施。
雷电流波形的关键参数对于雷电研究和防护工程至关重要。
了解和掌握这些参数将有助于我们更好地理解和应对雷电风险。
在未来的工作中，我们可以进一步研究和探索雷电流波形的相关参数，为雷电防护提供更准确和可靠的指导。
总结回顾：通过对雷电流波形的关键参数进行评估和理解，我们可以更好地了解雷电的特性和行为。
现代防雷技术PPT课件第一章雷电及其参数
04
防雷技术概述与标准
防雷技术的基本概念
防雷技术定义
01
防雷技术是指通过一系列措施和方法，预防和减轻雷电对人类
生命财产和设施造成危害的技术。
雷电的形成
02
雷电是大气中的静电放电现象，通常发生在雷暴天气中，由带
电的云层与地面或其它物体之间的电场差引起。
雷电的危害
03
雷电可以引起火灾、爆炸、电击等危害，对人类的生命财产和
雷电活动预测
雷电活动预测的原理
通过分析气象数据、卫星云图、雷达回波等信息，结合地 理、气候等因素，对未来一段时间内的雷电活动进行预测。
雷电活动预测的方法
目前常用的雷电活动预测方法包括统计方法、数值预报和 人工智能等方法，这些方法可以提供较为准确的雷电活动 预测结果。
雷电活动预测的应用
雷电活动预测在气象服务、航空航天、电力、通信等领域 有着广泛的应用，可以为相关行业提供预警和防范措施， 减少雷电灾害造成的损失。
03
雷电的分类与分布
雷电的分类
01
02
03
04
直击雷
指雷云直接对地面上的建筑物 、人或动物等放电的现象。
感应雷
指雷云在放电过程中，产生的 静电和电磁感应对周围物体产 生的静电和电磁作用的现象。
球形雷
指雷云中形成的特殊放电现象 ，呈球形或椭球形，直径通常
在几十厘米到几米之间。
雷电浪涌
指雷击发生后，在电源和数据 传输线路上感应出的过电压和
过电流的现象。
雷电的分布规律
雷电活动的地理分布
雷电活动的分布与地理位置、气候条件、地形地貌等因素有关， 通常山地、高原、盆地等地区雷电活动较为频繁。
雷电活动的季节分布
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、感应雷也称为雷电感应或感应过电压。
雷电参数及防雷措施
2.电流极对地面电位分布的影响
3.电极呈直线布置
测得接地电阻
半球形接地电极的接地电阻
要减小测量误差，应尽量增大电流极、电压极与 接地电极间的距离
无间隙
无续流
优点
耐重复动 作能力強 通流容量 大
易于制成 直流系统 用避雷器
无间隙氧化锌避雷器的电气参数
1.标称放电电流
1kA 1.5k A 2.5k A
冲击波形为8/20µs的放 电电流峰值
20kA
10kA
5kA
2.残压 放电电流通过避雷器时在端子间的 最大电压值(kV 峰值)
残压
• 标称放电电流下的残压 • 陡波电流下的残压 • 操作冲击电流下的残压
1～5km的高度主要是负电荷的云
q 4.1.2 雷电放电
雷电放电的三个段 先导放电
• 云、地间电场强度达到空气的击 穿场强时(约10-30kV/cm)，空气 发生电离，产生一个向地面发展 的等离子通道
• 下行先导到达地面、或与地面上 的突出物上产生的迎面先导相遇， 产生雷云与大地的放电通道 • 主放电结束后，云中剩余电荷沿 主放电通道释放
优点 伏-秒特性平坦,不产生截波 防止截波: 与间隙串联一个电阻R
防止截波
电阻的作用:
阻尼振荡
阀片的伏安特性
单个平板型放电间隙的结构
标准放电间隙组
4、氧化锌避雷器
u ci
α
非线性系数
ZnO : α 0.01 ~ 0.04
Si C : α 0.2 ~ 0.5
适用于大批 量生产、造 价低、经济 性好
第四章 雷电参数及防雷设施
目
雷电及其危害 雷电参数 防雷保护装置
录
避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置
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。
用于雷电防护的雷电流波形参数研究
用于雷电防护的雷电流波形参数研究用于雷电防护的雷电流波形参数研究雷电是自然界中常见且危害性较大的一种天气现象，其强烈的电荷分离产生的电场和电流对人类和物体都有一定的威胁。
为了有效地预防和缓解雷电对人类和设备的伤害，雷电防护成为了一个热门的研究领域，其中的一个重要方向就是研究雷电流波形参数。
在本文中，我们将讨论用于雷电防护的雷电流波形参数研究。
雷电流波形参数是指在雷电过程中由于电荷分离引起的电流的各项参数，包括电流幅值、波形特征、时间特征等等。
这些参数在雷电防护研究中具有非常重要的作用，其合理的选取和使用能够有效地提高防护效果。
因此，近年来许多学者对雷电流波形参数进行了深入研究，取得了一系列的研究成果和进展。
首先，电流幅值是衡量雷电能量大小的重要参数。
在雷电过程中，由于电荷分离带来的放电能够产生巨大的电流，因此需要选取适当的电流传感器对其进行测量。
针对不同的雷击情况，对电流幅值进行适当的调节是保证防护效果的重要手段。
其次，雷电流波形特征也是研究雷电防护的重要参数之一。
雷电在产生的瞬间会形成一个几乎瞬间的脉冲电流，而这种电流波形会对被保护物体产生不同的影响。
因此，研究并确定不同雷电脉冲波形对保护物体的影响是关键。
最后，时间特征也是研究雷电流波形参数的重要方面。
由于雷电实际有着一定的持续时间，因此需要考虑雷电的时间特征对被保护物体的影响。
根据实际数据的分析，确定最佳的雷电防护时间范围是保证防护效果的关键环节之一。
综上所述，用于雷电防护的雷电流波形参数研究在现代科技中具有重要意义。
的确，目前已然有许多成熟的研究成果，但是未来的研究还需继续深入。
例如，应用新型的传感器和分析手段，制定更高效的防护策略等等，这些都是未来雷电防护研究的重要前沿和挑战。
为了更加深入地研究用于雷电防护的雷电流波形参数，我们需要从实验和理论两个方面进行探究。
首先，实验研究是深入研究雷电流波形参数必不可少的手段之一。
通过对实际雷电的测量和分析，可以获取精确的电流数据和波形特征，并基于实验数据建立相关的模型。
2.雷电流参数
的本质部分包括在首次雷击中， 1） 因为全部电荷量 Qs 的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑 ） 合并了所有短时间雷击的电荷量。 合并了所有短时间雷击的电荷量。
2） 由于单位能量 W/R 的本质部份包括在首次雷击中，故所规定的值考虑 的本质部份包括在首次雷击中，
合并了所有短时间雷击的单位能量。 合并了所有短时间雷击的单位能量。
10/350 100 50 2.5·106 IEC 61024-1-1 61024-
i
60 kA 50 kA 40 kA
W/R J/Ω J/Ω 相关标准
1 2
20 kA
3
80 µs 200 µs 350 µs 600 µs 800 µs
5-20(11-2-21)
S916e
1000 µs
t
(µs)
916e.ppt / 09.09.97
-20
后续雷击
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 t (µs) 1100
在一个放电通道内的首次雷击和后续雷击的能量效应与模拟雷电波形10/350 µs相似， 在一个放电通道内的首次雷击和后续雷击的能量效应与模拟雷电波形 相似， 相似 建筑物防雷保护” 以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。 雷电电磁脉冲防护” 在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及 建筑物防雷保护 雷电电磁脉冲防护 中提出和确认。
Chapter 2.1.9 感应雷 感应雷50KA波形 波形
50kA 8/20µs current impulse
60
50
40
current [kA]
30
20
10
0 0 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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U（t）
BUm BUm
(t)[1 (t)
k
(t)]
0 t 2.5μs 2.5μs
式中
t t
(t) A(1 e 1 )e 2 cos0t
常数 B=0.6025
k=0.525
A=1.159
1 = 0.4791 s 2 = 9.7788 s
0=2105rad/s
i(t)
Im 2
(1
cos0t)
式中0为等值角频率，它与 波头f 时间之间的关系为：
0
π
f
该波形上的波头上升部分的
最大陡度出现在t = f /2处：
di 0Im
dt max 2
书第27页图2.6
(4) 幂指数波形（式2.10）
i(t)
n
t
mk
Bk
e
（2）平均雷暴时 • 平均日雷暴时：日雷暴时的多年平均结果，单位：时 • 平均月雷暴时：月雷暴时的多年平均结果，单位：时 • 平均季雷暴时：季雷暴时的多年平均结果，单位：时 • 平均年雷暴时：年雷暴时的多年平均结果，单位：时
（3）逐时年雷暴时：一天中某一小时内在全年中的雷暴时数，时 平均逐时年雷暴时：逐时年雷暴时的多年平均结果，时
2.1.1.3 雷暴月 （1）雷暴月：该月中发生过雷暴，而不论该月发生过多少天雷暴。
年雷暴月：一年中雷暴月数，单位：月 （2）平均雷暴月：年雷暴月的多年平均结果，单位：月
2.1.1.4 雷暴季节 （1）雷暴季节：一年中雷暴所发生的月份构成的时段，而不论在
这些月份中雷暴发生的天数。 （2）平均雷暴季节：雷暴季节的多年平均结果。
第二章
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
t k
k 1
应用实例（式2.11）（见右图）：
i(t)
AI
mt
3e
t
式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s
书第27页图2.7
2.2.1.4 几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式 （1）1.2/50s波形（式2.12） 这种波形是电气电子设备绝缘耐受性能试验中常用的标准雷电过电
式中 Td 是年平均雷暴日数
我国过电压保护规程取地面落雷密度为
Ng 0.015Td1.3
我国建筑物防雷规范GB50057-94使用
Ng 0.024Td1.3
§2.2 雷电流的波形及常用参数 雷电流具有电流所具有的一切效应，不同的是它在短时间内以 脉冲的形式通过强大的电流。尤其是直击雷，它的峰值有几十 千安培，甚至几百千安培。
压脉冲波形。
t t
u(t) AUm (1 e 1 )e 2
式中：A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s
书第28页图2.8
(2) 0.5 100kHz衰减振荡波形（式2.13和式2.14） 由雷电在低压交流线路上引起的暂态过电压常具有衰减振荡波形， 且第一个波的波头时间很短。
2.1.1.5 雷暴持续时期 （1）一年中初雷日与终雷日之间的天数，单位：d （2）平均雷暴持续时期：雷暴持续时期的多年平均结果，天
2.1.2 雷电的空间分布参数
2.1.2.1 地面落雷密度 Ng ：每个雷暴日每平方千米上的平均落
雷次数，又叫闪电频数。 单位是：km-2 • d-1
一般取 Ng 0.0237Td1.3
见书第18页的表，例如兰州的雷暴日数是 23.6 d/a，属多雷区。 长春的雷暴日数是 35.2 d/a，属多雷区。
2.1.1.2 雷暴时（书第19页） （1）雷暴时：在一个小时内只要听到一次或一次以上的雷声就算
一个雷暴时。 （我国大部分地区一个雷暴日大约为3个雷暴时） • 日雷暴时：一日内发生雷暴的时数，单位：时 • 月雷暴时：一月中发生雷暴的时数，单位：时 • 季雷暴时：一季内发生雷暴的时数，单位：时 • 年雷暴时：一年内发生雷暴的时数，单位：时
参看书第24页的表2.3a
2.2.1.3 雷电流的等值波形 （1）双指数等值波形（式2.7）
i(t) AI m (e t e t )
波形见图2.4，几个参数见表2.4
(2) 等值斜角波（式2.8）
波形见2.5
1
f
Im
（参看书第25页的表2.4）
（3）等值余弦波形（式2.9）
11 0.9259 1 0.0741 1.0741
2.2.2 雷电流幅值的累计概率
对大量的观测数据进行统计，传统用经验公式（式2.15）：
年雷暴日大于等20d/a 地区用： （参照书第29页图2.11）
lg P Im 108
式中，Im 是雷电流幅值（kA） P 是雷电流幅值超过 Im 的概率
例如： Im = 100 kA ，则
lg P Im 100 0.9259 108 108
书第28页图2.9
（3）10/1000s 波形（式2.12） 通信线路上雷电暂态过电压等值波形，用于对通信线路网络中的 设备进行试验。
t t
u(t) AUm (1 e 1 )e 2
此时式中：
A = 1.019 1 = 3.827 s 2 = 1404 s
书第28页图2.10
2.2.1 雷电流的波形 2.2.1.1 雷电流的波形 •雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80% ~ 90%的雷电流是 负极性的（负地闪）。
•雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3 ~ 4次放电，通常第 一次放电的电流幅值最高。
《建筑规范》64页图
2.2.1.2 雷电流波形画法
书第22页图
实线 A 是对88次实测雷电流的取平均值 虚线 B 是对10次实测雷电流的取平均值