雷電的基礎知識
欄目:防雷技術 發布時間:2018-09-28

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雷電是自然界中一種特殊的、極為壯觀的聲、光、電現象 —伴隨有閃電和雷鳴的一種恐怖而雄偉壯觀的自然現象。 

 

一、雷電的成因及其特性參數 


(1)雷云和雷電 

①雷云:能發生閃電的云為雷云。 層積云、雨層云、積云、積雨云均與閃電有關,其中積雨云則最為重要。 

②閃電:積雨云形成過程中,在大氣電場以及溫差起電效應、破碎起電效應的同時作用下,正負電荷分別在云的不同部位積聚。當電荷積聚到一定程度,就會在云與云之間或云與地之間發生放電,即“閃電”。 

閃電的形狀:枝狀、球狀、片狀、帶狀。閃電的形式有云天閃電、云間閃電、云地閃電。

 

 ⑵、雷電的成因 

①雷電:帶有電荷的云層向下靠近地面時,地面上的凸出物、金屬等,會被感應出異性電荷,隨著電場強度的逐步增強,雷云向下形成下行先導,地面的物體形成向上閃流,兩者相遇即形成對地放電。 

②閃電:帶負電荷的雷云在大地表面會感應出正電荷,這樣雷云與大地間形成一個大的電容器,當電場強度超過大氣被擊穿的強度

時,就發生了雷云與大地之間的放電,即常說的閃電,或者說是雷擊。 

③雷云放電過程:雷云——雷電先導——迎雷先導——主放電階段——余輝放電 

 

 ⑶、雷電的特性參數 

①雷電日(T):一年中發生雷電放電的天數,(衡量雷電活動頻繁的程度)。 

②雷電流:雷擊電流大致呈單極性的脈沖波。主要可采用三個參數來表示,即雷電流的幅值、波頭時間和半幅值時間。 

③雷電過電壓:主要決定于雷電流陡度和雷電流通道的阻抗,它的大小可按下式來計算:U=IR+L (式中:I—雷電流幅值kA;i—隨時間變化的雷電流kA;R—接地電阻Ω;L—雷電流通道的電感H)。  

 

二、雷電的種類 


主要分為直擊雷、感應雷、雷電波入侵、雷球、雷擊電磁脈沖。 

 

(1)、直擊雷 

指雷電直接擊在建筑物構架、動植物上,因電效應、熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。  

 

(2)、感應雷 

感應雷也稱為雷電感應或感應過電壓。它分為靜電感應雷和電磁感應雷。 

①靜電感應雷:是由于帶電積云接近地面,在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷引起的。它將產生很高的電位。 

②電磁感應雷:是由于雷電放電時,巨大的沖擊雷電流在周圍空

間產生迅速變化的強磁場引起的。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導體上感應出很高的電動勢。雷電感應引起的電磁能量若不及時泄入地下,可能產生放電火花,引起火災、爆炸或造成觸電事故。  

 

(3)、雷電波入侵 

由于雷電對架空線路或金屬管道的作用,雷電波可能沿著這些管線侵入屋內,危及人身安全或損壞設備。 

 

(4)、雷球 

球形雷是一種特殊的雷電現象,簡稱球雷。球形雷的形成研究還沒有完整的理論,通常認為它是一個溫度極高的特別明亮的眩目發光球體,直徑一般約為10-20厘米或更大,球形雷通常在電閃后發生,以每秒幾米的速度在空氣中漂行,存在的時間大約為百分之幾秒至幾分鐘,一般是3至5秒,其下降時有的無聲,有的發出嘶嘶聲,一旦遇到物體或電氣設備時會產生燃燒或爆炸,它能從煙囪、門、窗或孔洞進入建筑物內部造成破壞。  

 

(5)、雷擊電磁脈沖 

雷擊電磁脈沖是指建筑物在遭受直接雷擊或其附近遭受直接雷擊的情況下產生的雷電過電壓。作為干擾源的直接雷擊和附近雷擊所引起的效應。絕大多數是通過連接導體的干擾,如雷電流或部分雷電流、被雷電擊中的裝置的電位升高以及磁輻射干擾。  

 

三、雷電的危害 


雷電流也是電流,它具有電流所具有的一切效應,不同的只是它在短時間以脈沖的形式通過強大的電流。尤其是直擊雷,它的峰值有幾十千安,一致幾百千安。它的峰值時間(從雷電流上升至1/2峰值算起,直至下降到1/2峰值小的時間間隔),通常負閃擊只有幾微秒到十幾微秒,正閃擊較長些,正是這種特殊情況,使雷電流具有它的破壞作用。雷電的危害主要包括雷電熱效應的破壞作用、雷電沖擊波的破壞作用、雷電流電動力效應的破壞作用、雷電靜電感應的破壞作用、雷電流電磁感應的破壞作用、雷電反擊和引入高電位的破壞作用。 

 

⑴、雷電熱效應的破壞作用 

由于雷電流很大,通過的時間又短,如果雷電擊在樹木或建筑物構件上,被雷擊的物體瞬間將產生大量的熱量,又來不及散發,以致物體內部的水分快速變成蒸汽,并迅速膨脹,產生巨大的爆炸力,造成破壞。 

當雷電流通過金屬體時,如果金屬體的截面積不夠大時,甚至可使其熔化。特別是那些引流導體的不良接觸處,接觸電阻值比較大,產生大量的熱量,有時甚至出現熔體飛濺。這些飛濺的熔體產生的火花對存儲易燃易爆物品的建筑物來說,是極其危險的。 

雷電通道的溫度可高達6000~10000℃,甚至更高。 

 

⑵、雷電沖擊波的破壞作用 

雷電通道的溫度可高達幾千至幾萬攝氏度,空氣受熱急劇膨脹,并以超聲波速度向四周擴散,其外圍附近的冷空氣被強烈壓縮,形成“沖擊波”。被壓縮的空氣到達的地方,空氣的密度、壓力和溫度都會突然增加。這種“沖擊波”在空氣中傳播,會使其附近的物體、人、畜受到破壞和傷亡。 

 

⑶、雷電流電動力效應的破壞作用 

由物理學可知,在載流的導體周圍空間存在磁場,在磁場里的載流導體受到電磁力的作用。即兩根載流導體相互有作用力存在,這種作用力叫做電動力。 當兩條導線流過同方向的電流時,這兩條導線受到的力有迫使這兩條導線靠攏的趨勢。因此雷擊的時候,由于電動力的作用有可能使導線被折斷。

 

⑷、雷電靜電感應的破壞作用 

當空間有帶電的雷云出現時,雷云下的地面及建筑物等都由于靜電感應的作用而帶上相反的電荷。由于雷云的出現到發生雷擊(主放電)所需要的時間相對于主放電過程的時間要長得多,因此大地可以有充分的時間積累大量的電荷。 然而當雷擊發生后,雷云上所帶的電荷,通過閃擊與地面的異種電荷迅速中和,而建筑物和大地甚至架空導線上的感應電荷,由于局部與大地間的電阻比較大,而不能在同樣短的時間內相應消失,這樣就會形成局部地區感應高電壓。 這種由靜電感應生產的過電壓對接地不良的電氣系統有破壞作用,建筑物內部的金屬構架與接地不良的金屬器件之間容易發生火花,這對存放易燃物品的建筑物,有引起爆炸的危險。

 

 ⑸、雷電流電磁感應的破壞作用 

由于雷電流有極大的幅值和陡度,在它周圍的空間將有強大的、變化的電磁場,處在其中的導體、金屬結構以及電力裝置中產生很高的感應電壓,可達幾十萬伏,足以破壞一般電氣設備的絕緣;在金屬結構回路中,接觸不良或有空隙的地方,將產生火花放電,引起爆炸或火災。  

 

⑹、雷電反擊和引入高電位的破壞作用 

①雷電反擊通常是指接受直擊雷的金屬體(接閃器、接地引線和接地體),在接閃瞬間與大地間存在很大的電壓U,這個電壓對與大地連接的其他金屬物品發生閃擊的現象。此外,當雷擊到樹上時,樹木上的高電壓與它附近的房屋、金屬物品之間也會發生反擊。 

②雷電引入高電位是指直擊雷或感應雷直接從輸電線、電話線、無線電天線的引入線建筑物內,發生閃擊而造成電擊事故。這種事故的發生率很高,而且往往事故又嚴重。