2021新版雷电形成原理及雷电 灾害防御措施 Understand the common sense of safety, you can understand what safety issues should be paid attention to in daily work, and enhance your awareness of prevention. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0752
2021新版雷电形成原理及雷电灾害防御措 施 随着高层建筑的不断涌现和电子信息系统的广泛应用，雷电灾害也日益成为人们日常生活中的重要危害之一。每年夏季，全国各地都会发生雷击灾害事故，诸如电子信息系统遭到破坏、通讯中断、建筑物被毁、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的经济损失。在此，仅从雷电的形成、雷击灾害的形成以及如何防御雷击灾害等方面作如下简析，用以提醒人们不可小视雷电危害，利用科学知识防御雷击灾害，将雷击灾害的损失降到最低限度。 1、雷电的形成 雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，
形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声。 2、雷击灾害的形成 云内和云与云之间的放电，叫云间闪电或云闪，云与大地之间的放电，叫云地闪电或地闪。云闪因其不能到达地面，一般不会对人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。地闪发生时，产生的雷电流从云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷击灾害。当雷电流从云中泄放到大地时，直接打在建筑物、构筑物及人畜身上，产生电效应、热效应和机械力，造成毁坏和伤亡，
为什么先有闪电再有雷电 因为光的传播速度比声音的传播速度快，所以我们先看到闪电后听到雷声。 为什么会有闪电? 暴风云通常产生电荷，底层为阴电，顶层为阳电，而且还在地面产生阳电荷，如影随形地跟着云移动。正电荷和负电荷彼此相吸，但空气却不是良好的传导体。正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电的云层相遇；负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后正负电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去，产生出一道明亮夺目的闪光。闪电就这样产生了。 为什么会打雷 证明打雷是由云里带的电引起的。 高空中有好多股气流在不断地运动。这些气流有的向上跑，有的向下跑；有的速度快，有的速度慢。气流的运动使空气中的积云有的向上冲，有的向下降。云和云之间的摩擦使云带上不同的电荷。由于同种电荷相排斥，因此正电荷和负电荷分别聚集到云的两端，空气流动越快，云层越厚，带的电就越多。积云所带的电达到一定程度，就会穿过空气放电，使两种电荷中和。由于云中的电流很强，电穿过空气的时候会发热，空气被烧的炽热，温度比太阳表面还要高好几倍，这巨大的热量使空气迅速的膨胀，从而发生巨大的声响，这就是雷。 当带电的积云离地面比较近时，因静电感应，使地面带上和云底不同的电荷。当带的电达到一定程度时，积云会向地面放电，这就是落地雷。而这种雷容易造成灾害。 电荷特别愿意跑到尖锐突出来的地方，因此，在高大的建筑物或旷野上树的顶端，聚集着比较多的正电荷，它们很容易就可以把闪电拉下来，使自己遭到雷击，所以当我们在旷野上时，不能到高树下避雨。 天上为什么会下雨? 由液态水滴(包括过冷却水滴)所组成的云体称为水成云.水成云内如果具备了云滴增大为雨滴的条件,并使雨滴具有一定的下降速度,这时降落下来的就是雨或毛毛雨.由冰晶组成的云体称为冰成云,而由水滴(主要是过冷却水滴)和冰晶共同组成的云称为混合云.从冰成云或混合云中降下的冰晶或雪花,下落到0℃以上的气层内,融化以后也成为雨滴下落到地面,形成降雨.
南京信息工程大学（雷电科学与防护技术方向） 雷电原理试卷（1） 单项选择题（每小题1分，共20分） 在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其字母标号填入题干的括号内。 1．在一定的大气条件下，大气离子的迁移率主要取决于离子的（C ） A. 离子的形状； B. 离子的质量； C. 半径； D. 离子的极性。 2．单个大气离子的荷电量为（B ） A．二个基本电荷；B. 一个基本电荷；C. 三个基本电荷；D. 多个基本电荷。 3．通常, 晴天自由大气电场随高度（B ） A．增加；B. 减小；C. 少变；D. 迅速增长。 4．晴天自由大气等电势面与地面相（D ） A．倾斜；B.垂直；C.无一定关系；D. 平行。 5．如大气层电场高度随高度增加, 则大气荷何种极性的电荷（B ） A．正电荷；B. 负电荷；C. 无法确定。 6．层状云的单极性电荷分布是指: （B ） A. 云中含有正负极性的荷电粒子; B. 云中只含有一种荷电粒子; C.云中含有三种以上的荷电粒子。 7．云雾粒子的荷电量主要取决于（A ） A. 云滴的半径; B. 云的类型; C. 云的高度; D. 云的外形。 8．地闪是指（A ） A. 云与大地相接触的放电现象; B. 不与大地相接触的放电现象; C. 云内电荷间的放电现象。 9．向下负地闪是指（C ） A．先导向上，地闪电流方向向下；B. 先导向下，地闪电流方向向下；C. 先导向下，地闪电流方向向上；D. 先导向上，地闪电流方向向下。 10．向上负地闪是（B ） A．先导向上，地闪电流方向向下；B. 先导向上，地闪电流方向向上；C. 先导向下，地闪电流方向向上；D. 先导向上，地闪电流方向向下。 11．地闪中电场的L变化是指（D ） A．地闪回击电场变化；B. 梯式先导之前的电场变化；C. 地闪间歇阶段的电场变化；D.梯级先导时的电场变化。
雷电形成原理及雷电灾害防御措施 随着高层建筑的不断涌现和电子信息系统的广泛应用，雷电灾害也日益成为人们日常生活中的重要危害之一。每年夏季，全国各地都会发生雷击灾害事故，诸如电子信息系统遭到破坏、通讯中断、建筑物被毁、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的经济损失。在此，仅从雷电的形成、雷击灾害的形成以及如何防御雷击灾害等方面作如下简析，用以提醒人们不可小视雷电危害，利用科学知识防御雷击灾害，将雷击灾害的损失降到最低限度。 1、雷电的形成 雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声。 2、雷击灾害的形成 云内和云与云之间的放电，叫云间闪电或云闪，云与大地之间的放电，叫云地闪电或地闪。云闪因其不能到达地面，一般不会对人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。地闪发生时，产生的雷电流从云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷击灾害。当雷电流从云中泄放到大地时，直接打在建筑物、构筑物及人畜身上，产生电效应、热效应和机械力，造成毁坏和伤亡，称之为“直击雷”；当雷电流从云中泄放到大地时，在其泄放通道周围产生电磁感应向外传播或直接通过导体传导，导致在影响范围内的金属部件、电子元件和电气装置，受到电磁脉冲的干扰而毁坏，称之为“雷击电磁脉冲”。我国是雷击灾害多发地区，每年都会因雷击灾害造成众多的人员伤亡和巨大的经济损失，因此做好防雷减灾工作，将雷击灾害降低到最低限度，尤为重要。 3、雷电活动规律及雷击的选择 3.1我国年平均雷电日数按地理环境的分布 a、南方多于北方； b、内陆多于沿海； c、山地多于平原； d、在其它条件相同时，土壤导电性较差的地区雷电活动较弱。 3.2雷击与地质条件的关系
雷电防护基本原理 雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后里是严重的，雷电防护将成为必需。雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备;一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌;地线通道，地电们反击;空间通道，电磁小组的辐射能量。 其中金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系 统致损的主要原因，它的最见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防扩的重点。由于雷电无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护将是个系统工程。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。 1.泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地;层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行 削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区，是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，
流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区(LPZ2区等)如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，防雷区的设置具有重要意义，它可以指导我们进行屏蔽、接地、等电们连接等技术措施的实施。 2.均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等，这实质是基于均压等电位连接的。由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器(防雷浪涌保护器)组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位，这些导电部件也包括有源导线。通过这个完备的电位补偿系统，可以在极短时间内形成一个等电位区域，这个区域相对于远处可能存在数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不存在显著的电位差。 3.雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防护，由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。过渡防护，由合理的屏蔽、接地、布线组成，可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应。内部防护，由均压等电位连接、过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。
雷电学原理知识 The manuscript was revised on the evening of 2021
雷电学原理知识 1雷电:是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象.雷雨云是产生雷电的先决条件 2雷雨云的三个阶段: 形成阶段成熟阶段消散阶段 3雷雨云起电的原理: 1 水滴破裂效应2 吸电荷效应3 水滴冰冻效应 4 温差起电效应 4 大多数雷电放电发生在雷云之间(或雷云内部),当两块雷云的异性电荷集中区之间的电场强度超过这里的空气绝缘强度时,雷云之间就会发生放电.雷云对地放电过程,可分三阶段,即先导放电阶段,回击阶段和余晖阶段. 1 先导放电阶段 带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出反极性的电荷.雷云下部的电荷大多数是负极性的,因此在地面上感应出的电荷多为正极性的电荷. 2回击阶段下行先导通道发展到临近地面时,由于其头部与地面物体之间的距离很短,场强可达到非常高的数值,使得这里的空气急剧游离,从而把先导通道中的负电荷与地面或地面物体上的正电荷接通,正负电荷分别向上和向下运动,去中和各自异性电荷,于是就开始了回击阶段.回击也称为主放电. 4云间放电:由于电荷的不断积累,不同极性的云块之间的电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就会形成云间放电 5闪:不同极性的电荷通过一定的电离通道,互相中和,产生强烈的光和热的现象.既:放电通道中所产生的强光. 雷: 在放电通道中所发生的热,迫使附近的空气突然膨胀,发出的巨大轰鸣声. 6 雷电放电的重复性:一次雷电平均包括三、四次放电,第一次在雷云的最底层放电,重复的放电都是沿着第一次放电的通路发展的,随后的放电都是从较高的云层或相邻区发生. 7 雷电放电的强度: 200—300KA 最高430KA 8雷电产生的效应: 热效应电效应机械效应
雷电形成的原理 大气物理学的一个分支。主要研究电离层以下大气中发生的各种电现象和它们的产生与相互作用过程的规律及应用。远古人类对雷电现象充满恐惧，18世纪中叶(1752 年6月)美国B.富兰克林的第一次风筝探测雷电试验以后，雷电的本质逐渐被人类认识，20世纪20~30年代以后，人们逐步对云中起电，闪电和雷的物理特性、形成机制等进行研究产生了大气电学。大气电学有两大主要部分：晴天电学和扰动天气电学。晴天电学主要研究晴天大气电场、大气电导率、地空电流和全球大气电平衡等；扰动天气电学主要研究雷雨云电结构和起电机制、雷与闪电过程、尖端放电过程与避雷方法等。人工影响雷电在目前只处于初期探索阶段，随着大气电学的发展和科学技术的进步，人类最终将会实现人工影响和控制雷电。在当今，大气电学对人民生活和对电力、电信、建筑、航空等部门都有重要意义。 i）大气电场把地表面视为下极板、电离层导电层视为上极板，组成巨大球形电容器，两极板中间的大气基本不含电荷，上极板导电层含有正电荷，下极板的地表面含负电荷，这巨大电容器中间的电场称大气电场。规定大气电场方向从低电位的地面朝上（与物理学静电学规定相反）。尽管雷雨云移到某处时，雷雨云底部与相对应下垫面间的电场方向是向下的，但对全球而言，雷雨云区所占比例很小（约1%），故总体大气电场的方向是朝上的。晴天电场常被看作正常大气电场，其场强随纬度增大而增强、随离地面高度而变小，全球平均看，陆区地表面附近电场强度为120伏/米左右，海面上则约为130伏/米。在工业区污染严重、气溶胶粒子多的地方，晴天电场强度可达300~400伏/ 米。晴天电场场强随高度减弱是很强烈的，在10公里高度处的值仅为地面值的3%即约4伏/米。晴天电场强度有日变化和年变化。陆面在地方时04-06时和12-16时出现极小值，07─10时和19─21时为极大值；一年之中，冬季为极大值、夏季为极小值。在海面和两极地区，在世界时19时出现极大值，04时左右为极小值，这些地区大气电场年变化不明显。 ii）大气电导率和离子迁移率 大气不仅含中性分子和原子，还含有一些离子，这些离子分为轻离子（由几个分子聚集在一起而带一个正电荷或负电荷，直径约千分之一微米）和重离子（荷电的气溶胶粒子，常带一个正电荷或负电荷，比轻离子大成千上万倍）。描述大气离子在电场中移动快慢的参数称迁移率，由于大气离子基本上都只带一个单位电荷，所以在同样的电场强度的电场中，轻离子的迁移率要比重离子的大得多。例如在场强为1伏/厘米的电场中，大气轻离子移动速率为115厘米/秒，而重离子的移动速率只是这个数的几百分之一。 大气电学中，把正比于大气离子浓度和迁移率乘积的参数称为大气导电率λ，λ随高度按指数律增加，这与大气电场强度随高度的变化趋势相反。大气导电率比铜的电导率640000/欧姆·厘米要小得多，大气的导电性是很弱的。当用J记大气电流密度，用E 代表大气电场强度，则有关系式J=λE成立。其中J是不随高度变化的。 iii）地空电流在晴天大气电场作用下，大气中的正离子向下运动、负离子向上运动，如此形成的微弱电流称地空电流。这电流是比较稳恒的，不随高度变化，把这个微弱电流与地球表面积相乘，便得到全球地空电流的总电流强度为1800安培，如果只存在晴天地空电流，那么在1800安培电流放电的情况下，只需要几分钟，便可使地表面这个巨大“电容器” 下极板的负电荷全部中和而使其电荷消失。因此，必定存在与晴天地空电流相反方向的补偿电流，把地表面的正离子输向大气（向地面输入负离子），以维持晴天大气电场基本不变，这就是闪电电流和尖端放电电流等。雷雨云电结构模式没有雷雨云便没有雷电，因此对雷雨云的探测研究是十分重要的。在20世纪30年代以后，人类通过施放大量探测气球，获得了较丰富的资料，总结出最早的雷雨云电结构模式如图所示：存在两个主电荷中心，云底
雷电的危害 1雷电流高压效应会产生高达数万伏特甚至数十万伏特的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘，使设备发生短路，导致燃烧，爆炸等直接灾害。 2雷电流高热效应会放出几十到上千安培的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属融化，引发火灾和爆炸。 3雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸，扭曲，崩溃，撕裂等现象，导致财产损失和人员伤亡。 4雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。 5雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可以引起变压器局部过热而导致火灾。 6雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路短路而燃烧，导致火灾。 雷电的形成原理 雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声。
（雷电科学与防护技术方向） 雷电原理试卷（1） 单项选择题（每小题1分，共20分） 在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其字母标号填入题干的括号内。 1．在一定的大气条件下，大气离子的迁移率主要取决于离子的（） A. 离子的形状； B. 离子的质量； C. 半径； D. 离子的极性。 2．单个大气离子的荷电量为（） A．二个基本电荷；B. 一个基本电荷；C. 三个基本电荷；D. 多个基本电荷。 3．通常, 晴天自由大气电场随高度（） A．增加；B. 减小；C. 少变；D. 迅速增长。 4．晴天自由大气等电势面与地面相（） A．倾斜；B.垂直；C.无一定关系；D. 平行。 5．如大气层电场高度随高度增加, 则大气荷何种极性的电荷（） A．正电荷；B. 负电荷；C. 无法确定。 6．层状云的单极性电荷分布是指: （） A. 云中含有正负极性的荷电粒子; B. 云中只含有一种荷电粒子; C.云中含有三种以上的荷电粒子。 7．云雾粒子的荷电量主要取决于（） A. 云滴的半径; B. 云的类型; C. 云的高度; D. 云的外形。 8．地闪是指（） A. 云与大地相接触的放电现象; B. 不与大地相接触的放电现象; C. 云内电荷间的放电现象。 9．向下负地闪是指（） A．先导向上，地闪电流方向向下；B. 先导向下，地闪电流方向向下；C. 先导向下，地闪电流方向向上；D. 先导向上，地闪电流方向向下。 10．向上负地闪是（） A．先导向上，地闪电流方向向下；B. 先导向上，地闪电流方向向上；C. 先导向下，地闪电流方向向上；D. 先导向上，地闪电流方向向下。 11．地闪中电场的L变化是指（） A．地闪回击电场变化；B. 梯式先导之前的电场变化；C. 地闪间歇阶段的电场变化；D.梯级先导时的电场变化。 12．地闪中电场的B变化是指（） A．梯级先导时的电场变化；B. 梯式先导之前的电场变化；C. 地闪回击电场变化；D. 地闪
第三章闪电现象 发生于大气中的瞬时大电流、高电压、长距离闪电放电现象，其大多数与雷暴云相联系。虽然在雪暴、沙尘暴、火山爆发以及核爆炸产生的蘑菇云中偶尔也可观测到闪电现象，但是研究较少，本章将介绍与雷暴云有关的闪电现象，包括地闪、云闪、球状闪电和蛛状闪电的宏观特征以及伴随它们产生的雷声、天电等现象。 3.1 闪电的分类 通常情况下，一半以上的闪电放电过程发生在雷暴云内的主正、负电荷区之间，称作云内放电过程，云内闪电与发生几率相对较低的云间闪电和云－空气放电一起被称作云闪。另一类闪电则是发生于云体与地面之间的对地放电，称为地闪，地闪和云闪的实际拍摄照片可参见图1-1、图1-2和图1-3。虽然最频繁发生的闪电是云闪，但是由于地闪对地面物体所造成的严重威胁，以及它的放电通道暴露于云体之外易于光学观测，因此目前对地闪放电过程已经有了相对较系统的研究。 Berger(1978)按照地闪先导所转移电荷的极性和运动方向将地闪分为四种形式，如图3-1 所示。第一种形式常被称为下行负地闪，占全部地闪的90%以上，它由向下移动的负极性先导激发，因此向地面输送负电荷；第二种闪电也由下行先导激发，但是先导携带正电荷，因此向地面输送正电荷，被称为下行正地闪，这种类型的闪电少于全部闪电的10%。第三和第四种类型的闪电由从地面向上移动的先导激发，被称为上行闪电（上行雷）。上行闪电一般比较罕见，通常发生在高山顶上或人工的高建筑物上。第三种闪电先导携带正电荷，因此对应于云中的负电荷向地面的输送，而第四种闪电则对应于负极性先导，因此将云中的正电荷向地面输送。随着目前城镇高建筑物的增多，上行放电有略增的趋势。利用火箭拖带细导线技术的人工引发雷电（见本书第六章）实际上是一种上行闪电。通常， 将向地面输送负电荷的闪电（第一、第三种类型）称为负闪，向地面输送正电荷的闪电（第二、四种类型）称为正闪。
第一节雷电的形成机理 雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象，对人类的生产和生活有着巨大的影响。那么，我们先从认识雷电谈起。 我国古籍中，有关雷电理论的记载十分丰富。例如东周时《庄子》上记述：“阴阳分争故为电，阳阴交争故为雷，阴阳错行，天地大骇，于是有雷、有霆。”这些学说与现代的雷电学说是如此相似，不过它比现代雷电学说要早2000多年。在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述：“凌云台南角一百步，有白石室，名避雷室。”又有盛弦之《荆州记》中记述：“湖阳县春秋蓼国，樊重之邑了，重母畏雷，为立石室，以避之，悉之文石为阶砌，至今犹存。”书中谈及的白石、文石，据分析应该属于绝缘性能较好的石块。至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代称枨杆）等措施以避雷。 在古籍中关于雷击事故的记述就更多了，例如在《续晋阳春秋》上记述：“太元五年，霹雳含殿四柱，杀内侍二人。”《晋安帝记》上记述：“义熙三年六月，震太庙鸱尾，彻壁柱，若有文字。”《晋中兴书征祥说》上记述：“元兴三年，永安王皇后至住巴防，将设威仪入宫，天大雷震，人马多死。”《沈括?梦溪笔谈》上记述：“内侍李舜举家为暴所震，其堂之西屋雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆默。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银铝者，银悉容流在地，漆器不燃灼。有一宝刀，极坚刚，就刀室中容为汁。而室亦俨然。人必谓：当先焚草木，然后流金石，今乃金石皆烁而草木无一毁者，非人情所测。《齐书?五行志》：“永元三年正月，豫章郡，天火烧三千余家。” 以上只是我国古籍关于雷电灾害中的点滴摘录，当然它与现代雷电理论和防雷技术相比还有差距，但是从历史观点来看，我们的祖先能够在那么早的年代里就创造出那样完整的雷电理论，并且在技术上
雷电产生的原理 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
xxxx 防雷项目 设 计 方 案 xxxxxx有限公司 2015年x月 目录 一、雷电的形成以及其破坏力 1、雷电产生机理 雷电是自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。
而对我们生活产生影响的，主要是近地的云团对地的放电。经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kV/m。 2、雷电的危害 雷击的危害主要有三方面：直击雷、感应雷和地电位提高。据有关统计表明：直击雷的损坏仅占15%，感应雷与地电位提高的损坏占85%。目前，直击雷造成的灾害已明显减少，而随着城市经济的发展，感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及电视、电话及联网微机等弱电设备。 1)、直击雷： 当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水分受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。 直击雷的电压峰值通常可达几万甚至几百万伏，电流峰值可达几十KA乃至几百KA，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几μs到几百μs）就释放出来，从瞬间功率来讲，是巨大的。 对于直击雷防护，主要是保护建筑物本身不受雷电损害，以及减弱雷击时巨大的雷电流沿着建筑物泄入大地时对建筑物内部空间产生的各种影响。其防护装置主要有接闪器、引下线、地网三部分，接闪器常用的都是金属做成，安装在建筑物的最高点，如屋脊、屋角等易受雷击的地方，目前最常用的接闪器一般有避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等。引下线用一定截面积的钢筋或钢管。地网是指埋在地下用来泄放雷电流的金属件。 2）、感应雷： 当雷云来临时地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生出很高的静电电压（感应电压），其过电压幅值可
人们在研究磨擦起电现象时发现， 当带正电的物体和带负电的物体靠近时， 常有火花产 生，同时发出劈啪的声响，这种现象叫做放电。雷电是大自然中雷云之间或雷云对地之间的 大规模放电现象，这种迅猛的放电过程产生强烈的闪光并伴随巨大的声音。 从电学的角度来 讲，雷云放电就会产生雷电流，雷电流除具有电流的一般的特性外，还有发生时间短 （微秒 级）幅值高（几百KA ）的特点，所以雷电流的瞬间功率是巨大的。正因为雷电流的特殊性，使 得雷电有其 特殊的破坏力， 常常给人类带来巨大损失。 线短路、引起森林大火，还会造成人员的直接伤亡。自 来，人 们致力于雷电及其防护的研究实践已有删年的历史， 绩，积累 了丰富的经验。了解雷电基本知识，有利于搞好仓库防雷安全 工作。 一、雷电的形成与分类 （一）雷雨云和雷电的形成 人们通常把发生闪电的云称为雷雨云 （或称积雨云），雷雨云是热气流在强烈垂直对流过 程中形成 的。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层， 近地面的大气的温度由于热传导 和热辐射作用，温度也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根 据力学原理，气体就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大， 就要下沉。热气流在上升 过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换， 于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴， 就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随 高度逐渐增多。由于过冷水大量冻结而释放潜热， 使云顶突然向上发展， 达到对流层顶附近 后向水平方向铺展，使云中水滴分裂成较小的水滴或较大的水滴， 分别带负电和带正电。 较 小的水滴被气带走，形成带负电的雷云，较大的水滴留下来形成带正电的雷云。 随着电荷的积累，雷云的电位逐渐升高。 当带不同电荷的雷云在空气中互相接近到一定 的距离时，便发生激烈的放电，出现强烈的闪光。由于放电时温度高达 急剧膨胀，发出爆炸的轰鸣声，这就是空中闪电和雷鸣，见图 较近时，还会对地面突出物直接放电，这就是直击雷。见图 （d ）雷云间放电 图5— 1雷云放电现象 （二）雷电的分类 1.雷电按照放电形式不同分为：线形雷、片形雷和球形雷 （1） 线形雷。线形雷是一种蜿蜒曲折，枝叉纵横的巨型电气火花，长 2 — 3公里，也有的 长达10公里，线形雷是闪电中最强烈的一 种，对电力、电讯系统及人畜和建筑物等威 胁最 大。线形雷大多是雷云与大地间的放电， 但也有的是雷云之间的放电。 雷击可以把建筑物劈裂， 使架空的电 18世纪富兰克林著名的风筝实验以 对雷电的防护已经取得了很大成 : 20000 C ，空气受热 5— 1（a ）。当带电雷云离地5— 1(b) 。 这种闪电可以同时击 在大多数情况下（约50?70%以上）,雷 而是多重的，也就是说由若干个先后在同一通道上发展 1?27次，单次放电的延续时间一般为
- 1 - 雷击的原理 土本102 高达 201095043 雷击的原理，说的简单点就是放电。 从积雨云形成过程来讲，大量水汽由于空气的对流由地面蒸发到高空，在上升过程中，水汽与水汽间的摩擦、水汽与空气的摩擦使得水汽分子带上电荷。这些带有电荷的水汽渐渐在空中聚集，形成大片的积雨云，由于所含水汽量巨大，积雨云所带电荷数也非常巨大，并且随着积雨云的运动，其所带电荷数也是不断增多的。在这里，我们将地面看做不带电的，这样，积雨云与地面之间便产生了电势差，并且随着积雨云电荷的增多，积雨云与地面之间的电势差越来越大。当电势差足够大，大到可以将原本不导电的空气电离击穿之后，便产生了短暂的电弧放电，由于空气瞬间通过大量电流，使得温度急剧上升，体积急剧膨胀，并发出巨大闪光和响声，这便是雷电。 说到雷击，积雨云与地面之间的电荷交换便是雷击。在雷击过程中，尖端放电扮演了非常重要的角色，由于电荷大量聚集于尖端，并且尖端与富集电荷的积雨云之间距离较之其他部分小，使得尖端与积雨云之间电势差普遍大于尖端以外的其他部分，因此积雨云与尖端更容易发生放电，尖端的存在使得雷击发生的条件大大降低。 尖端可以是高楼上面的避雷针，可以是山顶上的一棵大树，甚至可以是平地上打伞的人。合理利用尖端放电的知识可以有效降低雷击对我们造成的伤害。在高楼上装上避雷针，人为地增大大楼的尖端避雷针遭雷击的概率，通过避雷针将积雨云内的电荷安全的导通入大地，从而避免楼体遭雷击时的巨大危害。高压输电线上方都会平拉一根导线，这根导线不是输电用的，而是接地的，作用就相当于楼上的避雷针，也是利用尖端放电原理，将下面的输电线屏蔽，在遭到雷击的时候，将电荷导入大地，从而避免雷击对输电线路两端电气设备的破坏。 雷击的研究对以后将要从事土建工作的我们来说至关重要，熟悉雷击的相关原理，并将其应用到将来的工作中去，定会发挥巨大的作用，避免一些不必要的损失。 避雷针产品 高压输电线
雷电学原理知识 1雷电:是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象.雷雨云是产生雷电的先决条件 2雷雨云的三个阶段: 形成阶段成熟阶段消散阶段 3雷雨云起电的原理: 1 水滴破裂效应2 吸电荷效应3 水滴冰冻效应 4 温差起电效应 4 大多数雷电放电发生在雷云之间(或雷云内部),当两块雷云的异性电荷集中区之间的电场强度超过这里的空气绝缘强度时,雷云之间就会发生放电.雷云对地放电过程,可分三阶段,即先导放电阶段,回击阶段和余晖阶段. 1 先导放电阶段 ?带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出反极性的电荷.雷云下部的电荷大多数是负极性的,因此在地面上感应出的电荷多为正极性的电荷. 2回击阶段? 下行先导通道发展到临近地面时,由于其头部与地面物体之间的距离很短,场强可达到非常高的数值,使得这里的空气急剧游离,从而把先导通道中的负电荷与地面或地面物体上的正电荷接通,正负电荷分别向上和向下运动,去中和各自异性电荷,于是就开始了回击阶段.回击也称为主放电. 4云间放电:由于电荷的不断积累,不同极性的云块之间的电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就会形成云间放电 5闪:不同极性的电荷通过一定的电离通道,互相中和,产生强烈的光和热的现象.既:放电通道中所产生的强光. 雷: 在放电通道中所发生的热,迫使附近的空气突然膨胀,发出的巨大轰鸣声. 6 雷电放电的重复性:一次雷电平均包括三、四次放电,第一次在雷云的最底层放电,重复的放电都是沿着第一次放电的通路发展的,随后的放电都是从较高的云层或相邻区发生. 7 雷电放电的强度: 200—300KA 最高430KA 8雷电产生的效应: 热效应电效应机械效应 9闪电的种类: 1 片状雷电,云间放电多为片状雷. 2 线状雷电,雷云与大地之间的放电,多以线状的形式,通常雷云下部带负电,上部带正电.由于雷云的负电效应,使附近的地面感应出大量正电荷,所以地面带正电荷. 带状雷电线状雷的一种,是在闪电的过程中恰巧有水平大风吹过闪电通道,将几次线状闪电的放电通道吹分开来,肉眼看闪电通道变宽. 3 球状雷电彩色的火焰状球体,表现为100-300mm直径,橙色或红色球体,最大直径也可能1m 存在时间为百分之几秒到几分钟,通常为3-5秒,辐射功率小于200W,有臭氧,NO2,或硫磺气味. 4 联珠状雷电很少见的一种闪电,有人人为他是由一群球雷组成 10雷电的空间分类: 云内闪电, 云际闪电, 云地闪电(落地雷,直击、雷) 11地闪:雷云与大地的放电即:云地放电.多以线状形式出现,雷云与大地的放电中,90%为负极性雷击;放电过程为,向下移动的负极性先导激发,向地面输送负电荷;10%为正极性雷击; 放电过程为,下行先导激发,先导携正电荷,向地面输送正电荷 12 先导放电: 放电开始时,其微弱的发光通道以100-1000km/s的平均速度,以脉冲的形式向地面延伸,形成阶梯先导,每段长度为25m;时间为50us;表现为树枝分叉状.分枝状的先导放电通道往往只有一条放电分枝能到达地面. 13 枝状闪电的产生: 流柱沿着一条电阻最小的通道前进,遇到阻力时便随时改变前进的路线,于是空间出现不同枝状的闪电 14滚球半径:从梯级先导通道前端向四周探索的10-100m长臂,这个长臂的臂长叫击距或闪击距离,标准叫滚球半径. 或者说:击距，定义为先导头与被击中物在最后一个间隙产生击穿电场瞬间的距离，或者说是，当被击物产生上行连接先导时，下行先导与被击物间的距离。 15 负极性闪击:可产生多次放电;正极性闪击,只有一次放电 16 雷电活动的一般规律: 1.热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷爆暴多 2 雷暴频率是山区大于平原,平原大于沙漠,;陆地大于湖海 3 雷暴的高峰在7,8 月,活动时间大都在14-22时 4各地区雷暴极大值和极小值多出现在相同的年份
雷暴云电荷结构及起电机制 1．地球大气分层标准及各标准下的大气分层。 答案：按温度随高度的变化：对流层、平流层、中间层、热层和外大气层。 按大气组成：均质层、非均质层。 按电磁特性：中性层、电离层、磁层。 2．雷暴云的垂直偶极性和三极性结构分别是怎样的？ 答案：垂直正偶极性：上正下负。 负偶极性：上负下正。 三极性结构：上部正电荷，下部负电荷，底部少量正电荷。 3．迄今为止，进过观测研究，除了垂直的偶极性和三极性电荷结构外，雷暴云中还存在什么样的电荷结构？ 答案：反极性电荷结构、发生倾斜的电荷结构、多偶极形式的电荷结构等。 4．形成雷暴云需要什么条件，一个雷暴云单体分为哪几个阶段，各阶段有什么特征？ 答案：条件：（1）凝结核。（2）空气中水汽的饱和或过饱和。（3）绝热膨胀降温（绝热上升）。 雷暴云单体发展共分三个阶段：积云期、成熟期和消散期。 积云期雷暴云水平尺度较小，云底高度较低，云体中仅有上升速度，云内粒子较单一，冰相粒子较少较小。 成熟期雷暴云水平尺度增大，云底高度上升，上升气流达到最大，同时有下沉气流出现，云内冰相粒子较大较多，此时期一般出现强的降水和闪电。 消散期雷暴云内以下沉气流为主，小的冰粒子和过冷水粒子在云的中上部，大的粒子随降水大量降到地面，雷暴云趋于消亡。 5．雷暴云的分类。 答案：依据形成过程中的对流抬升机制：局地热雷暴、锋面雷暴、地形雷暴。 根据形态和组织结构：普通单体雷暴、多单体雷暴、带状雷暴（飑线）、超级单体雷暴。6．什么叫做感应起电机制？ 答案：指在垂直外电场的作用下，被极化的小云滴和大雨滴之间的碰撞会发生电荷转移，后来又衍生到霰粒与冰晶的碰撞起电。 7．什么叫做非感应起电机制？受哪些因素的影响？ 答案：是雷暴云中最重要的起电机制，霰粒子与冰晶碰撞引起的转移电荷极性和电荷转移量主要依赖于温度和液态水含量，另外还与碰撞冰晶的尺寸和碰撞速度有关。
雷电形成原理及雷电灾害防御措施 作者：安全文化网文章来源：安全文化网点击数： 1137 更新时间：2010-3-1 随着高层建筑的不断涌现和电子信息系统的广泛应用，雷电灾害也日益成为人们日常生活中的重要危害之一。每年夏季，全国各地都会发生雷击灾害事故，诸如电子信息系统遭到破坏、通讯中断、建筑物被毁、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的经济损失。在此，仅从雷电的形成、雷击灾害的形成以及如何防御雷击灾害等方面作如下简析，用以提醒人们不可小视雷电危害，利用科学知识防御雷击灾害，将雷击灾害的损失降到最低限度。 1、雷电的形成 雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声。 2、雷击灾害的形成 云内和云与云之间的放电，叫云间闪电或云闪，云与大地之间的放电，叫云地闪电或地闪。云闪因其不能到达地面，一般不会对人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。地闪发生时，产生的雷电流从云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷击灾害。当雷电流从云中泄放到大地时，直接打在建筑物、构筑物及人畜身上，产生电效应、热效应和机械力，造成毁坏和伤亡，称之为“直击雷”；当雷电流从云中泄放到大地时，在其泄放通道周围产生电磁感应向外传播或直接通过导体传导，导致在影响范围内的金属部件、电子元件和电气装置，受到电磁脉冲的干扰而毁坏，称之为“雷击电磁脉冲”。我国是雷击灾害多发地区，每年都会因雷击灾害造成众多的人员伤亡和巨大的经济损失，因此做好防雷减灾工作，将雷击灾害降低到最低限度，尤为重要。 3、雷电活动规律及雷击的选择 3.1我国年平均雷电日数按地理环境的分布 a、南方多于北方； b、内陆多于沿海； c、山地多于平原； d、在其它条件相同时，土壤导电性较差的地区雷电活动较弱。 3.2雷击与地质条件的关系 a、电阻率小的土壤，导电性好，易积聚大量电荷，为雷电流提供低阻抗通道； b、闪电放电通道常常不是直线，而是曲曲折折的； c、地下埋有金属导电矿床处，金属管线较密集的地方易落雷； d、地下水位高、矿区、小河沟、地下水出口处易受雷击。 3.3雷电活动与地形、地物的关系 a、在距地面二三十米的突出物上方发生雷击的概率最大； b、对靠山和临水的地区，临水一面的地洼潮湿地和山口、风口、顺风的河谷的特殊地形构成的雷暴走廊的地方易受雷击； c、电线杆、铁路、架空电线和避雷针（线、带、网）接地引下线都是雷雨云对地放电的最佳通道。 4、雷暴距离的判断 雷暴产生时，闪电和雷声是同时发出的，由于光在空气中的传播速度是每秒30万千米，而声音的速度是每秒340米，那么，我们可以根据看到闪电和听到雷声之间的间隔时间来计算落雷点与人之间的距离。如果间隔时间是5秒钟，表示雷击发生在离人约1700米左右的位置；如果是1秒钟，也就是一眨眼的时间就听见雷声，说明雷击位置就在人附近300米左右。当遇到雷暴天气时，我们可以记住每次听到雷声与看见闪电的时间间隔是越来越长，还是越来越短，以此来判断雷暴是逐渐远离，还是即将临近，从而采取一定的防范措施。 5、雷电伤人的几种方式及急救措施 雷电对人的伤害方式，归纳起来有四种形式，即：直接雷击、接触电压、旁侧闪击和跨步电压。雷电对人的危害与普通高压线路危害类似，只是危害程度更严重，因此一旦发生这种情况，要立即对伤者进行抢救。 人被雷击中后，雷电电流通过人体泄放到大地是一个很短暂的过程，伤者身上是不带电的，这时不必担心施救者被电击。急救措施也类似于被电击后的急救方法，将伤者平躺在地，在进行口对口的人工呼吸，同时要做心外按摩。另外，要立即呼叫急救中心，由专业人员对受伤者进行有效的处置和抢救。 6、防止雷击的措施
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目录 一、雷电的形成以及其破坏力 (3) 1、雷电产生机理 (3) 2、雷电的危害 (3) 二、防雷设计技术规范..............................................................................................................错误！未定义书签。 三、XXXX施工现场勘察报告及设计方案...............................................................................错误！未定义书签。 1、现场勘查情况 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。 2、设计方案 .......................................................................................................................... 错误！未定义书签。 四、公司简介 .............................................................................................................................错误！未定义书签。