11雷电过程

早在18世纪初，富兰克林等物理 学家已经揭示了闪电就是电的本 质，随着物理学的进一步发展， 人们对雷电这一自然现象有了更 深刻的认识。
雷电放电实质上是一种超长气隙的 火花放电 ，它所 产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引 起巨大的 电磁效应、机械效应和热效应。
从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方 面是：
1、雷电流的幅值
通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻 (≤30Ω) 的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入 射波 I0的两倍，即
我国标准推荐，一般地区，雷电流幅值超过 I的概
率可按下式计算
lg P ? ? I 88
除陕南以为的西北地区、内蒙古等雷电活动较弱， 雷电流幅值较小， P可表示为： lg P ? ? I
44
我国一般地区，按经验公式可得到，雷电流幅值超
过20kA 的概率约为 59%，超过50kA 的概率约为 27 %，超过88kA 的概率为 10%。
2、雷电流的波前时间、陡度及波长
雷电流的波前时间 T1处于1～4μs 的范围内，平均 为2.6μs 。波长T2处于20～100μs 的范围内，多数 为40μs 左右。 我国防雷设计采用 2.6/40μs 的波形；在绝缘的冲击 高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为 1.2/50μs 。
雷电流波前的平均陡度为
3、雷电流的计算波形
在防雷计算中，按不同要求采用不同的计算波形
i ? I 0 (e ?? t ? e? ?t )
i ? I (1 ? cos ? t ) 2
4、雷暴日及雷暴小时
为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统 计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计。
? 在一天内或一小时内只要听到一次雷声就作为一 个雷电日 Td或一个 雷电小时 Th
? 雷电放电在电力系统中引起 很高的雷电过电压 ， 它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因 之一。 幻灯片 21
? 产生巨大电流 ，使被击物体炸毁、燃烧、使导体
熔断或通过电动力引起机械损坏。 幻灯片22
5.1 雷电放电过程及雷电参数
一、雷电放电过程及其特点
1、雷电放电的机理：冻结起电、水滴分裂起电
利用尖端放电的原理，当雷云使地面电场畸变，在针顶端形 成局部场强集中区以影响先导放电的发展方向，使雷云对其 放电并将雷电流泄入地中，保护附近电力设备和建筑物。
1、单根避雷针的保护范围
半高以上 (hx≥h/2 )：
rx ? (h ? hx ) p ? ha p
半高以下 (hx＜h/2)：
rx ? (1.5h ? 2hx ) p
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
N ? ? ? 10 h ? 100 ? T 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
2、放电过程：
雷云接近地面时，地面感应出异性电荷。由于雷云中电荷分 布不均匀，地面高低不平，其间电场强度分布很不均匀。当 强度达到25～30kV/cm时，发生由雷云向大地发展的跳跃
式“先导放电”，先导通道接近大地时，发生大地向雷云发 展的极明亮的“主放电”，再向上发展到云端即结束；云中 残余电荷经主放电通道继续流向大地，称为“余光放电”。
水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出 现电荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水
沫被上升气流带往高空，形 成大片带负电的雷云。
雷云中的 正电荷云层，1～5km高度 主要是负电荷云层。
雷云中电荷分布一般不均匀，有多个电荷密积区。随着电荷 积累，雷云电位升高，对地电位差可达数兆至数十兆伏。当 不同电荷雷云间或雷云与大地凸出物接近到一定程度，其间 电场强度达到该空间的击穿强度时，就会发生雷云间或对地 的火花放电，即通常所说的雷击。一般把对地面凸出物直接 的雷击叫直击雷。
本次课程目的要求
? 1、了解雷电放电过程、特点及主要雷电参数； ? 2、了解避雷针防雷原理，掌握单根避雷针保
护范围及高度的计算方法； ? 3、掌握单根避雷线保护范围的计算方法。
第五章 雷电及防雷设备
雷电是自然中最宏伟壮观的现象 也是最普遍的现象之一，它对人 类的生活环境、工作条件等都造 成了很大的影响，因此对雷电的 研究和防护意义重大。
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。
6、雷电通道的波阻抗
雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一 条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为 雷道 波阻抗 。 主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为 Z0 的雷道投射到雷击点的波过程。
? 先导阶段：方向向下、电流小、速度慢 （150km/s ）；
? 主放电阶段：方向向上、大电流（几百 KA ）、 高陡度（ C的10%～50%）、短时间（ 50～ 100μ s ）；
? 余光放电：电流不大、持续长（ 0.03～0.15s ）。
3、特点：
高幅值、高陡度、短时间，大多数雷击是负极性。
二、雷电参数
? 由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用 多年平均值 ——年平均雷暴日
? 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形 地貌有关 T
雷州半岛和海南岛，雷电活动强烈，平均达 100～133日； 北回归线以南在80日以上（但台湾只有30日）；长江以 北大部在20～40日；西北多数在20日以下，但西藏高达 50～80日。京、沪、宁、汉、成都、呼约为 40日；沈、 津、济、郑大约为30日；穗、昆、南宁为70～80日。
我国有关规程建议取
7、雷电的极性
负极性雷击均占 75～90%，对设备绝缘危害较大， 防雷计算中一般均按负极性考虑。
5.2 避雷针（线）的保护范围
基本防雷措施：避雷针、避雷线 (BLX ）、避雷器 （BLQ ）、接地装置
一、避雷针的防雷作用
常用的防直击雷装置，用于发电厂、变电站的 直 击雷保护 。
包括接闪器、引下线和接地装置。