雷电现象及危害

雷电现象比较复杂，它是由于地面湿气受热上升或空中不同冷、热气团相遇凝成水滴或冰晶形成积云，在运动时使电荷发生分离，当电荷积聚到足够数量时，就在带有不同电荷的云间或由于静电感应而产生不同电荷的云地间发生的放电现象。雷云中可能同时存在着几个电荷聚集中心，所以经常出现多次重复性的放电现象，常见的为 2 ～ 3次，当第一个电荷聚集中心完成放电过程后，其电位迅速下降，第二个电荷聚集中心立即向着前一个放电位置移动，瞬间重复放电。每次间隔时间从几百微秒到几百毫秒不等，但其放电电流将逐次递减。

2.雷电种类

（1） 直击雷 带电积云接近地面与地面凸出物之间的电场强度达到空气的介电强度 （25 ～ 30kV /mm） 时发生的放电现象，称为直击雷。

（2） 静电感应雷 带电积云接近地面凸出物时，在其顶部感应出大量异性电荷，当带电积云与其他部位或其他积云放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚高速传播形成高压冲击波。此冲击波由静电感应产生，具有雷电特征，称为静电感应雷。

（3） 电磁感应雷 雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场，在邻近的导体上感应出很高的电动势，该电动势具有雷电特征，称为电磁感应雷。

（4） 球雷 雷电放电时产生的球状发光带电气体，称为
球雷，球雷可能造成多种危害。

3.雷电参数

（1） 雷电流幅值 雷电流幅值指主放电时冲击电流的最大值，该幅值可达数十至数百千安，雷电流幅值越大，出现的概率越小。
     雷电流的幅值随各国气象条件相差很大，根据实测画出的中国雷电流幅值概率曲线如图 1所示，它适用于中国年平均雷暴日大于 20d/a的一般地区。一天内只要听见雷声就称为一个雷暴日，一个小时内只要听见雷声就称为一个雷暴小时。据统计，我国大部分地区一个雷暴日约折合三个雷暴小时，雷暴日是衡量雷电活动频繁程度的依据。中国把年平均雷暴日不超过 15d/a的地区叫少雷区，超过 40d/a的叫多雷区。在防雷设计中，要根据雷暴日的多少因地制宜。

图 1中的曲线也可用下式表示，即

lgP =I/108

式中 P―――雷电流超过 I的概率；

I―――雷电流幅值，kA。

中国年平均雷暴日在 20d/a及以下的地区，如西北地区、内蒙古地区、东北边境地区等，因为形成雷云的高温度、高湿度的条件较差，可由给定的概率按图 1查出雷电流幅值后减
半，也可按下式求得，即

lgP =I/54

根据防雷设计的长期运行经验，对建筑物及构筑物，I取为150kA 的计算值，实践中证明是安全可靠的。

（2） 雷电流陡度 雷电流波形如图 2所示。雷电流由零增长至最大幅值的这一部分，称为波头（τt），通常只有 1 ～4μs；电流值下降的部分，称为波尾，可长达数十微秒，这种波头的形状称为半余弦波，用数字式表达即为

i=1/2（1 -cosωt）

在波头部分，电流对时间的变化率 a = di/dt，称为陡度。雷电流与雷电流陡度的关系如图 3所示。陡度的数值开始时很快地增加，a的最大值对半余弦波来说应在 i/2处，以后逐渐变小。当雷电流的幅值达到最大值时，a = 0，即雷电流的

最大值与陡度的最大值并不是同时出现的。由于 τt比较固定，说明 a与雷电流幅值之间有极为密切的关系，根据运行经验，在我国 τt取 2.6μs。

（3） 雷电冲击过电压 雷电冲击过电压指冲击电压的最大值。直击雷冲击过电压按下式计算，即

us=iRs+Ldi/dt

式中 us―――直击雷冲击过电压，kV；

i―――雷电流，kA；

Rs―――防雷接地装置的冲击接地电阻，Ω；

L―――雷电流通路的电感 （如通路长度 l以 m 为单位，则 L =1.3l），μH。
雷击点距电力线路 50m 以外时，感应雷冲击过电压可按下式计算，即

Uis=25Imh/d

式中 Uis―――感应雷冲击过电压，kV；

Im―――雷电流幅值，kA；

h―――电力线路导线平均高度，m；

d―――线路距雷击点水平距离，m。

4.雷电的危害

（1） 危害的形式
① 直接雷击的危害。地面上的人、畜、建筑物、电气设备等直接被雷电击中，叫做直接雷击。发生直接雷击时，特大的雷电流 （几十至几百千安） 通过被击物，在被击物内部产生高达几万度的温度，使被击物燃烧，使架空导线熔化。

② 感应雷的危害。雷云对地放电时，在雷击点全放电的过程中，位于雷击点附近的导线上将产生感应过电压，过电压幅值一般可达几千万伏至几百万伏，它能使电力设备绝缘发生
闪络或击穿，造成电力系统停电事故、电力设备的绝缘损坏，使高压电串入低压系统，威胁低压用电设备和人员的安全，还可能发生火灾和爆炸事故。

③ 雷电侵入波的危害。雷电侵入波是指落在架空线路上的雷电，沿着线路侵入到变电所（站） 或配电室内，致使设备或人遭受雷击。

（2） 雷电的破坏作用 雷电放电时，它的破坏作用是综合性的，包括电磁力、热效应和机械效应引起的破坏力是相当严重的。

① 电磁力的破坏作用。主要表现为毁坏电气设备绝缘，烧断电线或劈裂电杆，还可能造成严重的触电事故。

② 热效应的破坏作用。主要表现为几万度的高温，不仅能使金属熔化，还能引燃易燃、易爆的物质，造成火灾或爆炸。

③ 机械力的破坏作用。主要表现为使被击物扭曲、变形甚至爆裂或碎片。

5.雷电分布的一般规律

在一般情况下，雷电的出现有以下几方面的规律。

① 热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多。

② 从纬度看雷暴的频繁程度总是由北向南增加，到赤道最高，以后又向南递减。在我国递减的顺序大致是：华南、西南、长江流域、华北、东北、西北。电力线路的雷害事故统计递减顺序是：华东、中南、东北。

③ 从地域看雷暴的频繁程度是山区大于平原、平原大于沙漠、陆地大于湖海。

据有关部门在中南、华东地区观测，落雷密度是：山区0.02次 /km2、平原 0.01次 /km2。在广东观测，雷电流的幅值是：超过 200kA 的概率占 2% ，超过 40kA 的概率占 50% 。

④ 从时间看，雷暴高峰月都在七、八月份，活动时间大都在北京时间 14时 ～ 22时，各地区雷暴的极大值和极小值系数出现在相同的年份。

6.山区落雷的选择性

一个地区有无雷暴，是由内因 （即气象）所决定的。但有了雷暴，具体选哪一处落雷，则受外界条件的影响。易落雷的条件如下。

（1） 从地质看 土壤电阻率的相对值要小，有利于电荷的很快积聚。

① 大片土壤电阻率较大时，局部电阻率小的地方容易落雷。

② 土壤电阻率突变的地方，最易受雷击，如岩石与土壤，山坡与稻田的交界面。

③ 岩石山或土壤电阻率较大的山坡，雷击点多发生在山脚，山腰次之。

④ 土山或土壤电阻率较小的山坡，雷击点多发生在山顶，山腰次之。

⑤ 地下埋有导电矿藏（金属矿、盐矿）的地区，容易落雷。

⑥ 地下水位高、矿泉、山河沟、地下水出口处容易落雷。
（2） 从地形看 要有利于雷云的形成与相遇。
① 落雷几率的分布是山的东坡、南坡多于山的北坡、西北坡，这是因为海洋潮湿空气从东南进入大陆后，经曝晒闷热遇山抬升而出现雷雨。

② 山中平地的落雷几率大于峡谷，这是因为峡谷较窄，不易曝晒和对流，缺乏形成雷电的条件。

③ 湖旁、海边落雷几率较少，但海滨如有山岳，则靠海一面山坡落雷几率较多。

④ 雷暴走廊与风向一致，风口或顺风的河谷容易落雷。
（3） 从地物看 要有利于雷云与大地建立良好的放电通道。

① 空旷地中的孤立建筑物和建筑群中的高耸建筑物易受雷击。

② 排出导电尘埃的厂房及废气管道容易落雷。
③ 屋顶为金属结构、地下埋有大量金属管道、内部存放大型金属设备的厂房易受雷击。

④ 建筑群中，个别特别潮湿的建筑，如牛马棚、冰库等易遭雷击。

⑤ 尖屋顶及高耸建筑物易受雷击，如水塔、烟囱、天窗、旗杆、消防梯等。

⑥ 屋旁大树、接收天线、山区输电线易受雷击。当然，在分析雷击的可能性时，不能单从一个因素考虑，而要对周围环境作全面综合的分析。

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• 2016-12-14雷电现象及危害