雷电过程与雷电参数.ppt

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1、雷雷电电自自然然中中最最宏宏伟伟壮壮观观的的现现象象，也也是是最最普普遍遍的的现现象象之之一一，它它对对人人类类的的生生活活环环境境、工工作作条条件件等等都都造造成成了了很很大大的的影影响响，因因此此对对雷雷电电的的研究和防护意义重大。研究和防护意义重大。早早在在1818世世纪纪初初，富富兰兰克克林林等等物物理理学学家家已已经经揭揭示示了了“闪闪电电就就是是电电”的的本本质质，而而随随着着物物理理学学的的进进一一步步发发展展，人人们们对对雷雷电电这这一一自自然然现现象象有了更深刻的认识。有了更深刻的认识。第七章第七章 雷电放电及防雷保护装置雷电放电及防雷保护装置 n 欧美雷电科学的建立欧美雷电

2、科学的建立著著名名的的风风筝筝试试验验（17世世纪纪，富富兰兰克克林林）：240米米长长的的缠缠绕绕钢钢丝丝的的麻绳上产生麻绳上产生20cm的电火花的电火花著著名名科科学学家家G W Richman（17111753）（彼彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡得堡科学院院士）观察雷电而死亡高高速速摄摄影影、记记录录示示波波器器、雷雷电电定定向向定定位位仪仪等等现现代化测量技术（丰富人类对雷电的认识）代化测量技术（丰富人类对雷电的认识）从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：雷雷电电放放电电在在电电力力系系统统中中引引起起很很高高的的雷雷电电

3、过过电电压压，它它是是造造成成电电力力系系统统绝绝缘缘故故障障和和停停电电事事故故的的主主要要原原因因之一之一 产产生生巨巨大大电电流流，使使被被击击物物体体炸炸毁毁、燃燃烧烧、使使导导体体熔断或通过电动力引起机械损坏。熔断或通过电动力引起机械损坏。雷雷电电放放电电实实质质上上是是一一种种超超长长气气隙隙的的火火花花放放电电，它它所所产产生生的的雷雷电电流流高高达达数数十十、甚甚至至数数百百千千安安，从从而而会会引引起起巨巨大大的的电磁效应、机械效应和热效应。电磁效应、机械效应和热效应。雷云的形成雷云的形成 雷电放电过程雷电放电过程 雷电参数雷电参数 雷电过电压的形成雷电过电压的形成第一节第一

4、节 雷电过程与雷电参数雷电过程与雷电参数雷云的形成机理获得比较广泛认同的是雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起电理论水滴分裂起电理论：大大水水滴滴分分裂裂成成水水珠珠和和细细微微的的水水沫沫，出出现现电电荷荷分分离离现现象象，大大水水珠珠带带正正电电，小小水水沫沫带带负负电电，细细微微水水沫沫被被上上升升。气气流流带带往往高高空空，形成大片带负电的雷云。形成大片带负电的雷云。雷云下部局部正电荷区。雷云下部局部正电荷区。一、雷云的形成一、雷云的形成 雷电放电就其本质而言是雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电一种超长气隙的火花放电。二、雷电放电过程二、雷电放电过程负极性棒板负极性棒

5、板不能顺利向前发展不能顺利向前发展雷电放电过程雷电放电过程雷电放电过程雷电放电过程基本过程：基本过程：基本过程：基本过程：先导放电阶段先导放电阶段先导放电阶段先导放电阶段 ；主放电阶段；余辉放电阶段；主放电阶段；余辉放电阶段；主放电阶段；余辉放电阶段；主放电阶段；余辉放电阶段主主放放电电：先先导导靠靠近近地地面面时时，进进入入主主放放电电阶阶段段，强强烈烈的的电电荷荷中中和和过过程程，伴伴随随着着雷雷鸣鸣和和闪闪光光。主主放放电电的的时时间间极极短短，只只有有5010050100微微秒秒，放放电电发发展展速速度度50100m/50100m/微微秒秒。电电流流幅幅值高达数十甚至数百千安；值高达数

6、十甚至数百千安；余余辉辉阶阶段段：主主放放电电完完成成后后，云云中中剩剩余余电电荷荷沿沿着着导导电电通通道道开开始始流流向向大大地地，这这一一阶阶段段称称放放电电的的余余辉辉阶阶段段，电电流流数数百百安。安。先先导导放放电电：雷雷云云中中的的电电荷荷分分布布是是不不均均匀匀的的，当当雷雷云云中中的的某某个个电电荷荷密密集集中中心心的的电电场场强强度度达达到到空空气气击击穿穿场场强强（2530kV/cm2530kV/cm，有有水水滴滴时时仅仅为为10kV/cm10kV/cm）时时，空空气气便便开开始始电离，形成指向大地的一段电离的微弱导电通道；电离，形成指向大地的一段电离的微弱导电通道；w 分分

7、级级先先导导：多多次次先先导导 主主放放电电的的重重复复过过程程，每每次次间间歇歇时时间为几十毫秒，放电次数一般为间为几十毫秒，放电次数一般为2323次，最多为次次，最多为次雷雷云云中中可可能能存存在在多多个个电电荷荷中中心心，当当第第一一个个电电荷荷中中心心完完成成上上述述放放电电过过程程后后，可可能能引引起起其其他他电电荷荷中中心心向向第第一一个个中中心心放放电电，并并沿着第一次放电通路发展。沿着第一次放电通路发展。理解以下几点：理解以下几点：雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积被击物体的电位

8、取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流雷电放电由带电荷的雷云引起雷电放电由带电荷的雷云引起u大多数的放电发生在雷云之间不危险大多数的放电发生在雷云之间不危险u少数的放电发生在雷云和大地之间危险少数的放电发生在雷云和大地之间危险对地放电的雷云大多数带负电荷对地放电的雷云大多数带负电荷(一一)雷电活动频度雷电活动频度雷暴日及雷暴小时雷暴日及雷暴小时 雷雷暴暴日日T Td d是是一一年年中中发发生生雷雷电电的的天天数数，以以听听到到雷雷声声

9、为为准准，在在一一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。雷雷暴暴小小时时T Th h是是一一年年中中发发生生雷雷电电放放电电的的小小时时数数，在在一一个个小小时时内内只只要要有有一一次次雷雷电电，即即计计为为一一个个雷雷电电小小时时。一一个个雷雷暴暴日日折折合合三个雷暴小时。三个雷暴小时。雷雷暴暴日日与与该该地地区区所所在在纬纬度度、当当地地气气象象条条件件、地地形形地地貌貌有有关关 Td 15Td 4040，多雷区；，多雷区；9090，强雷区，强雷区 三、雷电参数三、雷电参数雷雷暴暴日日和和雷雷暴暴小小时时的的统统计计中中，并

10、并没没有有区区分分雷雷云云之之间间的的放放电电和和雷雷云云对对地地的的放放电电。但但是是，只只有有落落地地雷雷才才有有可可能能产产生生对对电电力力系系统造成危害的过电压。统造成危害的过电压。(二二)地面落雷密度地面落雷密度()()和雷击选择性和雷击选择性 表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。我国标准对我国标准对T Td d 4040的地区，取的地区，取 0.070.07 (三三)雷道波阻抗雷道波阻抗（Z Z0 0）雷雷电电通通道道长长度度数数千千米米，主主放放电电时时如如同同导导体体，类类似似于于一一条条分分布参数线路，具有某一等

11、值波阻抗，称为雷道波阻抗。布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。主主放放电电过过程程可可看看作作是是一一个个电电流流波波沿沿着着波波阻阻抗抗为为Z Z0 0的的雷雷道道投投射到雷击点的波过程。射到雷击点的波过程。我国有关规程建议取我国有关规程建议取Z Z0 0 300 300 负负极极性性雷雷击击均均占占757590%90%，对对设设备备绝绝缘缘危危害害较较大大,防防雷雷计计算算中中一般均按负极性考虑。一般均按负极性考虑。(五五)雷电流幅值（雷电流幅值（）通通常常定定义义雷雷电电流流为为雷雷击击于于低低阻阻接接地地电电阻阻(30)30)的的物物体体时时流流过雷击点的电流。它近似等于电

12、流入射波过雷击点的电流。它近似等于电流入射波 的两倍，即的两倍，即 一般地区，雷电流幅值超过一般地区，雷电流幅值超过 的概率可按下式计算的概率可按下式计算(四四)雷电的极性雷电的极性波前陡度的最大极限值一般可取波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us50 kA/us左右。左右。(六六)雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长雷雷电电流流的的波波前前时时间间T T1 1处处于于1 14us4us的的范范围围内内，平平均均为为2.6us2.6us。波波长长T T2 2 处处于于2020100us100us的的范范围围内内，多多数数为为40us40us左右。左右。我我国国防防雷雷

13、设设计计采采用用2.6/40us2.6/40us的的波波形形；在在绝绝缘缘的的冲冲击击高高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us1.2/50us雷电流波前的平均陡度雷电流波前的平均陡度 (kA/us)(kA/us)(七七)雷电流的计算波形雷电流的计算波形1 1、双指数波、双指数波2 2、斜角波、斜角波3 3、斜角平顶波、斜角平顶波 4 4、半余弦波、半余弦波在防雷计算中，按不同要求采用不同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(八八)雷电的多重放电次数及总延续时间雷电的多重放电次数及总延续时间有有5555的的对对地地雷雷击击包包含

14、含两两次次以以上上的的重重复复冲冲击击；3 35 5次次冲冲击击者者有有25%25%；1010次次以以上上者者有有4%4%。平平均均重重复复冲冲击击次次数数取取3 3次。次。(九九)放电能量放电能量A=QU=10A=QU=107 7V V20C20C202010107 7W W.s s（200MW200MW秒秒），放放电电能能量量不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。四、雷电过电压的形成四、雷电过电压的形成(一一)雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型(三三)感应雷击过电压感应雷击过电压 雷雷击击于于线线路路附附近近大大地地或或接接地地的的线线路

15、路杆杆塔塔顶顶部部等等，在在绝绝缘的导线上引起感应过电压。缘的导线上引起感应过电压。(二二)直接雷击过电压直接雷击过电压 雷击于地面上接地良好的物体雷击于地面上接地良好的物体雷击于导线或档距中央避雷线雷击于导线或档距中央避雷线先先导导放放电电阶阶段段：虽虽然然有有束束缚缚电电荷荷的的存存在在，但但是是由由于于负负电电荷荷移移动动较较慢慢，故故线线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。可忽略。主主放放电电阶阶段段：负负电电荷荷迅迅速速被被中中和和，束束缚缚的的正正电电荷荷产产生生的的电电场场使使导导线线对对地地形形成成一一定定电电压压，而而雷雷电

16、电流流产产生生的的磁磁通通在在导导线线也也感感应应出出一一定定电电压压。这这两两者者之之和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。小小 结结获得比较广泛认同的雷云形成机理为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。雷雷电电放放电电就就其其本本质质而而言言是是一一种种超超长长气气隙隙的的火火花花放放电电。其其发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。从从雷雷电电过过电电压压计计算算和和防防雷雷设设计计的的角角度度来来看看，值值得得注注意意的的雷雷电电参参数数有有雷雷暴暴日日及及雷雷暴暴小小时时、雷雷电电流流幅幅值值、雷雷电电流流的的计计算算波形等。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）