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，云底附近另有一个次电荷中心。它们分别是中心位于约6公里高度处，约含+24库仑电量的正电荷中心、中心位于约3公里的、约含─20库仑的负电荷中心、中心位于1.5公里、含有约+4库仑电量的次电荷中心。后来虽然也提出过许多雷雨云电结构的种种模式，对荷电中
心的高度，荷电量进行修正，甚至也有倾斜形式的电结构模式，但至今并无一致公认的比前述原始模式更合理的模式，因而原始模式仍是当前常用的模式，它也称雷雨云电结构的电偶极子模式。
v）雷雨云起电雷雨中的电荷怎样产生的？怎样形成上、下荷电中心？由于雷雨云内部观测十分困难和危险，要对上述问题作出圆满的解答，目前还作不到。曾提出过几种雷雨云起电的理论，例如感应起电理论、温差起电理论、大水滴破裂起电理论、冰的融化起电理论等，它们都只能部分地解释云内电荷分布观测事实。例如感应起电理论便这样认为：在晴天电场作用下，云质粒和降水质粒（固态或液态质粒，比云质粒大得多）都被感应而极化，它们的上半部带负电、下半部带正电。因降水质粒下降速度大，故常与路途中的云粒子相碰，一部分粒子被捕获，另一部分云粒子被弹开，但把负电荷留下，而成为带正电荷粒子，在云中上升气流作用下，这样的云粒子便聚积于云的上部，在那里形成正电荷中心。经碰撞后带正电的降水质粒重，有的掉出云去，其余便聚积于云下部或中部，形成负电荷中心。又例如冰的融化起电理论认为：固态降水粒子（冰粒子）降到0℃层以下便融化，原来冰隙中的空气变成气泡并破裂，溅散走一些带负电的小滴粒，于是融化粒子（即水滴或冰水混合体）带正电，在云底强上升气流区域聚积，形成一个带正电的次电荷中心。vi) 打雷和闪电当天空中乌云密布，雷雨云迅猛发展时，突然一道夺目的闪光划破长空，接着传来震耳欲聋的巨响，这就是闪电和打雷，亦称为雷电。就雷的本质而言，它属于大气声学现象，是大气中的小区域强烈爆炸产生的冲击波而形成声波，而闪电则是大气中发生的火花放电现象。
闪电通常是在雷雨云的情况出现，偶尔也在雷暴、雨层云、尘暴、火山爆发时出现。闪电的最常见形式是线状闪电，偶尔也可出现带状、球状、串球状、枝状、箭状闪电等等。线状闪电可在云内、云与云间、云与地面间产生，其中云内、云与云间闪电占大部分，而云与地面间的闪电仅占六分之一，但其对人类危害最大。
vii)闪电过程肉眼看到的一次闪电，其过程是很复杂的。当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先导。这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5─50米左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”
。viii)全球大气电平衡就全球而论，晴天大气电流、降水电流、闪电电流和尖端放电电流等四者的向上、向下电流达到动态平衡，称全球大气电平衡。
据估算，全球晴天大气电流为1800安培，方向是向下的。到达地面的降水物（雨滴、冰雹、雪花等）有的带正电荷，有的带负电荷，但总体而言，降水是向地面输送正电荷，全球因降水而形成向下的电流是600安培。全球每秒钟约发生100多个闪电，其中1/5~1/6为云地闪电，以每次云地闪电使大气向地表输送20库仑负电荷来计算，可估计得全球因闪电造成的向上电流为400安培。人造尖端或自然尖端的放电电流，方向是向上的，电流总数值约200安培。上述四项电流达到平衡，使之可稳定地维持全球地表恒定拥有巨大数量
的负电荷，维持全球有恒定的大气电场。
ix) 尖端放电与避雷针在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电位面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电。而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。
当雷雨云过境时，云的中下部是强大负电荷中心，云下的下垫面是正电荷中心，云与地面间形成强电场，记地面电位为P，则依次各等位面记为P─1，P─2，......。在地面凸出物如建筑物尖顶、树木、山顶草、林木、岩石等尖端附近，等电位面就会很密集，这里电场强度极大，空气发生电离，因而形成从地表向大气的尖端放电。
避雷针是一根耸立在建筑物顶上的金属棒(接闪器)与金属引下线和金属接地体等三部分组成的防雷装置。它的作用是使可能会袭击建筑物的闪电吸引到它上面，再进入地里，借以保护建筑物。关于避雷针为何能防雷的机制，尚待进一步研究。有人认为避雷针的尖端放电，中和了雷雨云中积累的电荷，起到了消除电的作用，但近年来通过尖端放电电量计算，其远不能中和所有电荷。
x) 人的闪电防护雷呜电闪时在门外的人，为防雷击，应当遵从四条原则。一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中。二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压”造成伤害。所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间便形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害。第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶。第四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击。总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会。
雷电期间在室内者，不要靠近窗户、尽可能远离电灯、电话、室外天线的引线等；在没有避雷装置的建筑物内，应避免接触烟囱、自来水管、暧气管道、钢柱等。
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学习资料 一、雷电是怎样形成的？ 答：雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25-30KV/cm），开始游离放电，我们称之为"先导放电"。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。 二、什么叫跨步电压？ 答：跨步电压是雷电击中地面物，雷电流泄入大地并在土壤中散流开，由于土壤电阻率有一定分布，雷电流在地面上各点间就出现电位降，靠近雷击点，电流密度越大，电位降也就越大。如果人站在或行走在落雷点附近，在两脚间的电位降可使雷电流通过两脚和躯干的下部，人就会被击伤。这两脚间的电位降叫"跨步电压"。 三、在一类防雷中为什么在安装的独立避雷针（包括其防雷接地装置）至少距被 保护的建筑物之间距离≥3米。 答：为了防止独立针遭直击雷击时对被保护物的反击。 四、什么叫均压环？在建筑防雷设计时，对均压环的设计有什么要求？ 答：均压环是高层建筑物为防侧击雷而设计的环绕建筑物周边的水平避雷带。在建筑设计中当高度超过滚球半径时（一类30米，二类45米，三类60米），每隔 6米设一均压环。在设计上均压环可利用圈梁内两条主筋焊接成闭合圈，此闭合圈必须与所有的引下线连接。要求每隔6米设一均压环，其目的是便于将6米高度内上下两层的金属门、窗与均压环连接。 五、在各类防雷中对引下线和天面网格有什么要求？ 答：引下线和天面网格通常用镀锌圆钢不小于φ8。一、二、三类对应引下线间距不大于12米、18米、25米；一、二、三类对应的天面网格5*5平方米（4*6平方米）、10*10平方米（8*12平方米）、20*20 平方米（16*24平方米）。六、在高土壤电阻率地区，降低防直击雷接地装置的接地电阻宜采用什么方法？答：规范P26第4.3.4条，在高土壤电阻率地区，降低接地电阻可采取下列方法之一：（1）采用多支线外引接地装置，外引长度不大于有效长度，即le=2 ρ。（2）接地体埋于较深的低电阻率土壤中。（3）采用降阻剂。（4）换土。 七、什么叫雷电的反击现象？如何消除反击现象？ 答：雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电（又叫闪络）的现象叫反击。此外，当雷击到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。要消除反击现象，通常采取两种措施：一是作等电位连接，用金属导体将两个金属导体连接起来，使其接闪时电位相等；二是两者之间保持一定的距离。 八、金属油罐在防直击雷方面有什么要求？ 答：金属油罐在防直击雷方面的要求：（1）贮存易燃、可燃物品的油罐，其金属壁厚度小于4毫米时，应设防直击雷设施（如安装避雷针）；（2）贮存易燃、可燃物品的油罐，其金属壁厚度≥4毫米时，可不装防直击雷设施，但在多雷区也可考虑装设防直击雷设施。（3）固定顶金属油罐的呼吸阀、安全阀必须装设 仅供学习与参考
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，
第一部分雷电的基础知识 一、雷电灾害的严重性 雷电发生时，伴随着电闪和雷鸣，雷霆万钧、令人生畏。在全球范围内，雷电发生的频率是很高的，每秒钟就有上百次雷电；每天约有800多万次雷电；一年中平均发生30多亿次雷电。实际上，对于我们每个人来讲遭受雷击的概率极少，但碰到雷电这种天气现象的情况是很多的，因雷击而死亡的人数全球每年可达上万人。在雷鸣电闪的时候，它所产生的冲击波和火光以及雷电电流，常会导致建筑物倒塌、引发火灾以及造成电力、通信和计算机系统的瘫痪事故，给国民经济和人民生命财产带来巨大的损失。在20世纪末，联合国组织的国际减灾十年活动中，把雷电灾害列为最严重的十大自然灾害之一。美国将雷电列为排名第二的天气杀手。 二、雷电的产生 雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就
是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。 三、雷电危害方式 雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发展，带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低。以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。 雷击造成的危害主要有四种： 1、直击雷 带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电
雷电基础知识 点击数:366 Ⅰ．雷电概述 人们通过模拟地球原始大气在密室中进行放电的实验，结果由无机物合成了11种氨基酸。这些物质的出现，是生命起源的基础，因此，一些生命起源学说认为，是雷电孕育了地球上的生命。同理，地球上空有一层电离层，它是由带正电荷的粒子组成，该电离层起着防止太阳和宇宙空间各种有杀害生命作用的射线进入地面，保护地球上的生命，如果没有这电离层，即使地球上本来已经有的生命，也会被来自太空的各种射线杀死，地球不可能出现现在的繁荣和文明。但是电离层的正电荷以平均约1800A的电流强度向大地放电，可想而知，如果得不到补充，电离层的电荷恨快便会放尽。由于雷电不断补充电离层放电失去的电荷，保持电离层总电荷量大体平衡，使这层生命的保护屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射线灭绝。因此，可以说，是雷电促使地球成为文明的星球。从这个角度来讲，人类有今天的文明应该感谢雷电。 由于雷击会给人类带来灾害，因此，人类很早就与雷害进行斗争。其中取得卓越成就的有18世纪中叶著名科学家富兰克林(Franklin)M·B·罗蒙诺索夫(JIOMOHOCOB),L·B·黎赫曼(PHXMAH)。他们通过大量实验建立了雷电学说，认为雷击是云层中大量阴电荷和阳电荷迅速中和而产生的现象；并且创立了避雷理论，发明了避雷针。他们取得的这些科学成就，已为人类作出了重大的贡献。 我国古籍中，有关雷电理论和避雷实践的记载十分丰富。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。 在古籍中有关雷击的事故的记述就更多了，例如： 《续晋阳春秋》：“太元五年，霹雳含殿四柱，杀内侍二人。” 《晋安帝记》：“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》："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》：“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。”该天火，到底是一般雷击，还是球形雷？未加考证。以上只是我国古籍关于雷记载中的点滴摘录，当然它与现代雷电理论和避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，并且在技术上得到应用，这是我们民族光辉灿烂文化历史的一页。 Ⅱ．雷电成因 通常所谓雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅
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.
雷电对矿设备的危害及 预防措施 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
雷电对矿设备的危害及预防措施1 雷电的产生 雷电是自然界中一种常见的放电现象对辊破。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复合式破碎机。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磨粉设备。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移动式破碎机超细粉碎机。在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡，这就是雷声。 2 雷电危害的种类 雷击的危害主要有三方面：第一是直击雷锤式打沙机。是指雷云对大地某点发生的强烈放电水泥厂设备。它可以直接击中设备，雷电击中架空线，如电力线，电话线等冲击破。雷电流便沿着导线进入设备，从而造成损坏。第二是感应雷复合破石料生产线。它可以分为静电感应及电磁感应。当带电雷云（一般带负电）出现在导线上空时，由于静电感应作用,导线上束缚了大量的相反电荷陶瓷球磨机。一旦雷云对某目标放
电,雷云上的负电荷便瞬间消失,此时导线上的大量正电荷依然存在,并以雷电波的形式沿着导线经设备入地，引起设备损坏锤式打沙机。当雷电流沿着导体流入大地时,由于频率高,强度大，在导体的附近便产生很强的交变电磁场，如果设备在这个场中，便会感应出很高的电压，以致损坏高压微粉磨。对于灵敏的电子设备，尤需注意。第三是地电位提高水泥机械水泥机械。当10kA的雷电流通过下导体入地时，我们假设接地电阻为10Ω,根据欧姆定律,我们可知在入地点A处电压为100kV。因A点与B、C、D点相连，所以这几点电压都为100kV磁选设备。而E点接地，其电压值为0，设备的D点与E点间有100kV的电压差，足以将设备损坏石料生产线。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%移动式破碎机。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高强磨粉机对辊破。 3 防雷的方法和技术 在科学技术日益发展的今天，虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电，但是经过长期的摸索与实践，已积累起很多有关防雷的知识和经验，形成一系列对防雷行之有效的方法和技术。 （1）接闪接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去颚式破石机。把一定保护范围的闪电放电捕获到，纳入预先设计的对地泄放的合理途径之中粗碎机。避雷针是一种主
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。
雷暴的概念及形成原理 雷暴是伴有雷击和闪电的局地对流性天气。它产生在强烈发展的积雨云中，伴有强烈的阵雨或暴雨，有时伴有冰雹和龙卷。产生雷暴的积雨云，称做雷暴云。 【雷暴发生的条件】 雷暴会在大气不稳定时发生，并且会制造大量的雨水或冰晶。通常其发生有三种特定情况： 地球大气层低空带的湿度很高，这可以由露点温度观察得到 高空与低空的温度差异极大，亦即是气温递减率极大 冷锋（使暖气团抬升）受到外力的逼迫而汇聚 对流天气的形成条件①水汽条件充沛的水汽 ②对流的形成 不稳定层结大气中需要有大量的不稳定能量存储 抬升条件足够的冲击力 对流发展的决定因素 不稳定层结 （大气的不稳定能量） 阻挡层的破坏：地面加热、有组织的垂 直运动 抬升条件 （对流冲击力） 热力：自由对流或热力对流 动力：地形抬升、锋面抬升 系统性的上升运动：槽线、切变线、低 压、低涡 PS：阻挡层是指温度递减率很小、等温或逆温的气层。又称：稳定层、等温层、逆温层，还常称“暖盖”。作用：①限制、抑制对流的发展；②积聚不稳定能量，使积聚的不稳定能量集中释放。 【雷暴的分类】 根据冲击力可以将雷暴分为：热雷暴、地形雷暴、天气系统雷暴（锋面雷暴、冷涡雷暴、空中槽和切变线雷暴、副热带高压(太高)西部雷暴） 地形雷暴：它是暖湿不稳定空气在山脉迎风坡被强迫抬升而形成的雷暴。在山岭地区，当暖空气经过山坡被强迫上升时，在山地迎风的一面空气沿山坡上升，到一定高度变冷
而形成雷云；但到了山肪背风的那一面，空气沿山坡下沉，温度升高，雷雨消散或减弱。 特别是在滨海的山岳地带，近海的一面山坡上便常易有雷雨发生，这是由于海风潮气特重的缘故。 热雷暴：因热力抬升作用而形成，多发生在单一气团内部。常常出现在大陆夏季闷热、无风和晴朗的夏天的午后。 锋面雷暴：在两个大的气团移动的界面上，也就是在冷气团和暖气团相遇的锋面上发展起来的雷暴。这时冷空气总在暖空气下面，排挤暖而湿的空气，并把它抬升起来，于是引起当地的天气的急剧变化。冷锋、暖锋、静止锋上都可产生雷暴，但以冷锋雷暴出现最多,强度也较强，而暖锋雷暴较少。 【雷暴的生命周期】 雷暴的生命周期有三个阶段，分别是积云阶段、成熟阶段及消亡阶段。 积云阶段：云较四周的空气暖和，因此云内部的空气加速向上升，并很快升到温度远低于凝点的高度。所以四周大量的小水点、冰晶或雪片向云内汇聚，这时只有不断增强的上升气流而没有下降气流。 成熟阶段：积雨云变得越来越大，甚至会进入平流层。不过水滴及冰晶会因为过重，使得上升气流并不能承托其重量，而开始落下，其表面所产生的摩擦会带动四周的空气向下沉，并逐步增强下坠力从而产生下降气流，乱流中的水滴、冰晶互相摩擦，产生电压，放电时会产生闪电和雷声。这时便会出现滂沱大雨并且伴有雷电或上升下降乱流，而若下降气流极强则可能会降雪或冰雹。而由高空下降的冷气流在到达地面时会水平展开，这时很易会生成猛烈阵风。升降气流的转换通常很快（15－30分钟）消亡阶段：上升气流逐渐消失，这时雷暴主要受到已变弱的下降气流影响。云里大部分的水点被释出，已无力再降雨，而雷暴亦逐渐消失。
雷电是由雷云（带电的云层）对地面建筑物及大地的自然放电引起的。在天气闷热潮湿的时候，地面上的水受热变为蒸汽，并且随地面的受热空气而上升，在空中与冷空气相遇，使上升的水蒸汽凝结成小水滴，形成积云。云中水滴受强烈气流吹袭，分裂为一些小水滴和大水滴，较大的水滴带正电荷，小水滴带负电荷。细微的水滴随风聚集形成了带负电的雷云；带正电的较大水滴常常向地面降落而形成雨，或悬浮在空中。由于静电感应，带负电的雷云，在大地表面感应有正电荷。这样雷云与大地间形成了一个大的电容器。当电场强度很大，超过大气的击穿强度时，即发生了雷云与大地间的放电，就是一般所说的雷击 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 雷电的危害雷电的危害雷电的危害雷电就是巨大的电火花。雷电流总是选择距离最近、最易导电的路径向大地泄放，凡是空气中导电微粒较多、地面上高耸物体、地面与地下的电阻率较小的地段容易落雷。一般说来，地面导电性能好，有突出的高大物体等，都易遭受雷击。例如导电性能好的金属矿物质条件就比一般地质条件更易遭雷击；湿土的雷击机会就比干土、沙地和岩石地面要多；水面比旱地易遭雷击；高楼、烟囱这些突出建筑物就比平地易遭雷击；山地也比谷地易遭雷击。直接被雷电击中会受伤害，但有时，即使未被雷电直接击中，由于离雷击点很近也会造成事故。这是因为强大的雷电电流向地里泄放时，由于地电阻的存在，使近雷击点处的电压值要比远离雷击点处的电压值大得多。因此，人若两脚分开站立，一脚离雷击点近，另一脚离雷击点远，就产生一定的电位差，这就是常说的“跨步电压”。一部分雷电电流由于“跨步电压”而流过人体，同样会造成伤害。雷电灾害的严重性表现在它具有巨大的破坏性上。它给人类社会带来极大的危害，如造成人员伤亡、财产损失等。雷电灾害波及面广，人类社会活动、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信、航空航天、交通运输、石油化工、金融证券等各行各业，几乎无所不及。 雷电的危害一般分为两类雷电的危害一般分为两类雷电的危害一般分为两类雷电的危害一般分为两类：：：： 雷直接击在建筑物上发生热效应和电动力作用； 雷电二次作用，即雷电流产生静电和电磁感应。 雷电的具体危害表现如下：：：：1、雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，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至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，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、雷电流电磁感应在雷击点周围产生强大交变电磁场，感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。6、雷电波的侵入和防雷装
1.雷电有哪些危害 答案：雷电放电过程中，呈现出电磁效应、热效应以及机械效应，对于建筑物和电气设备有很大的危害性。 （1）雷电的电磁效应：雷云对地放电时，在雷击点主放电的过程中，位于雷击点附近的导线上，将产生感应过电压。 过电压的伏值一般可达几十万伏，它会使电气设备绝缘发生闪 络或击穿，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡。 （2）雷电的热效应：雷电流通过导体时，会产生很大的热量。实践证明，在雷电流的作用下，会使导体熔化。在实际 运行中观察到的送电线路接闪线的断股现象，与雷电流的热效 应有关。 （3）雷电的机械效应：雷云对地放电时，强大的雷电流的机械效应表现为击毁杆塔和建筑物，劈裂电力线路的电杆和 横担等。 此外，由于雷电流的伏值很大，所以雷电流流过接地装置时，所造成的电压降可能达到数十万伏至数百万伏。此外，接地装置相连接的电气设备外壳、杆塔及架构等处于很高的电位，从而使电气设备的绝缘发生闪络，通常称为反击。 为了防止雷电带来的危害，我们应对电气设备和建筑物采取必要的防雷措施。 2.简述屋面彩灯，航空障碍灯的防雷设计要点。 答案：（1）屋顶彩灯防雷：①彩灯一般都安装在建筑物最上部和
建筑物外侧边缘的轮廓线上，如果建筑物没有接闪带，它实际上会起接闪带的接闪作用。无论采取哪种安装方法，当雷击接闪带时，雷击点附近10m左右的灯泡都可能损坏，穿在铁管中的线路可以得到保护，而不穿铁管的明装线或穿入非金属管的线路，都会遭到不同程度的破坏。即使在彩灯上面安装了接闪带，彩灯电源仍有受到雷击电波破坏的危险。因此，对彩灯的电源，必须采取防止事故扩大的措施。 ②对于采用暗装接闪网作为防雷装置的高层建筑物，可将彩灯的配电线路用铁管或铅皮电缆敷设，电缆的外导体在上端与接闪网就近接连，下端与共用的接地系统连接。应在建筑物上部将彩灯的芯线和电缆外导体之间接以电涌保护器或放电间隙，借以控制放电部位，减少线路损坏。 ③此外，最好用隔离变压器供电，如不用隔离变压器，则低压配电柜要加装SPD保护，并加强进线端的保护措施。 （2）航空障碍灯的防雷：①航空障碍灯的金属配管应与接闪带相连，且金属配管进入室内后应断开，避免把雷电流引入室内；②安装接闪杆保护；③若航空障碍灯的电源线需考虑防雷时，只要在电源线上装设SPD，SPD的接地端与接闪带相连。 当航空灯采用光导纤维传送光时，则不必采取上述措施。 3.加装SPD为什么要采用多级 答案：要点：（1）防雷分区要求；（2）逐级分流，降低残压 4.接地电阻就是接地极电阻，这种讲法是否正确 答案：电流从接地极向周围大地流散时，土壤呈现的电阻成为接
雷电的形成分类与危害集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
雷电的形成、分类与危害一、雷电的形成 雷电是自然界中的一种放电现象。 雷电放电和一般电容器放电本质相同，所不同只是这个电容器两块极板，并不是人为制造的，而是自然形成的。两块极板有时是两块云块，有时一块是云块、另一块则是大地或地面上凸出的建筑物。并且这两块极板间的距离比电容器大得多，有时可达数公里。因此，可以说雷电是一种特殊的电容器放电现象。 大气中的饱和水蒸汽，由于气候的变化，发生上升或下降的对流，在对流过程中由于强烈的摩擦和碰撞，水蒸汽凝结成的水滴就被压分解成带有正负电荷的小水滴，大量的水滴聚积成带有不同电荷的雷云。随着电荷的积聚，雷云的电位逐渐升高。当带有不同电荷的两块雷云接近到一定程度时，两块雷云间的电场强度达到25-30kV/cm时，其间的空气绝缘被击穿，引起两块雷云间的击穿放电；当带电荷的云块接近地面时，由于静电感应，使大地感应出与雷云极性相反的电荷，当带电云块对地电场强度达到25-30kV/cm时，周围空气绝缘被击穿，雷云对大地发生击穿放电。放电时出现强烈耀眼的弧光，就是我们平时看到的闪电，闪电通道中大量的正负电荷瞬间中和，造成的雷电流高达数百千安，这一过程称为主放电，主放电时间仅30-50μs，放电波陡度高达 50KA/μs，主放电温度高达20000℃，使周围空气急剧加热，骤然膨胀而
发生巨响，这就是我们平时听到的雷声。闪电和雷声的组合我们称为雷电。 由于声音传播的速度比光的传播速度要慢得多，所以我们总是先看到闪电，而后听到雷声。 雷电的特点是：电压高、电流大、频率高、时间短。 二、雷电的分类 （一）直击雷 雷云对地面或地面上凸出物的直接放电，称为直击雷。也叫雷击。直击雷放电过程的展开图见图8-22。 雷云放电过程的展开图可以这样解释：当雷云对地面放电时，开始出现先驱放电，放电电流比较小，一经到达地面，就开始主放电，主放电由地面开始沿着先驱放电的通道直到云端，放电电流迅速增大。主放电时间很短，电流迅速衰减，以后是余光放电，电流变小。 由于雷云中同时存在着多个电荷积聚中心，当第一个电荷集聚中心放电后，其电位迅速下降。第二个电荷集聚中心向第一个电荷集聚中心位置移动，并沿着上一次的放电通道开始先驱放电、主放电、余光放电。紧接着再来第三次、第四次放电。我们平时看到电光闪闪、雷声隆隆就是这个原因。 当直击雷直接击于电气设备及线路时，雷电流通过设备或线路泄入大地，在设备或线路上产生过电压，称为直击雷过电压。 （二）感应雷击
编号：SM-ZD-93504 雷电的种类及危害 Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制：____________________ 审核：____________________ 时间：____________________ 本文档下载后可任意修改
雷电的种类及危害 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查 和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目 标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 l．雷电种类 雷电分为直击雷、感应雷和球雷。 直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。直击雷的每次放电含有先导放电、主放电、余光三个阶段。大约50％的直击雷有重复放电特征。每次雷击有三、四个冲击至数十个冲击。 感应雷也称作雷电感应，分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷是由于带电积云在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷，在带电积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导电凸出物的传播。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击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产生的很高的感应电动势。 球雷是雷电放电时形成的发红光，橙光、白光或其他颜色光的火球。从电学角度考虑，球雷应当是一团处在特殊状
雷电的产生原因及其预防与应用 每年夏季，天气多变，早上晴空万里，下午却乌云密布，响起阵阵雷声。而我们所研究的就是这夏季雨天最常出现的一种自然现象——雷电。 我们把雷电分成了以下几个问题进行探讨： 一、雷电的产生原因： 1、简述原因： 雷电是发生在大气层中大气或云块在气流作用下产生异性电荷的积累使某处空气被击穿，电荷中和产生强烈的声、光、电并发的一种物理现象，通常是指带电的云层对大地之间、云层与云层之间、云层内部的放电现象。这个放电的过程会产生强烈的闪电和巨大的声响，即人们常说的“电闪雷鸣”。 2、简述原因的分析 我们在初中曾经学过关于雷电产生原因的基础内容：雷电是由于天空与地面的强烈中和反应，但对于实质成因并不了解。 现在我们将结合高中所学的知识以及网站提供的资料，对雷电的产生原因进行更全面的分析与理解： 雷电是一种常见的大气放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。在夏天的午后或傍晚，地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空，形成大范围的积雨云。积雨云顶部一般较高，积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。 云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主从而形成雷雨云。而地面因受到近地面雷雨云的静电感应，也会带上与云底相反符号的电荷，两者相当于一个巨大的电容器。一般情况下，我们把地面看成零电势面，积雨云与地面的高度差比较大，根据公式：U=Ed，积雨云与地面间的电场强度与距离都很大，所以它们间的电势差很大，即电压很大。 闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。闪电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。当云层里的电荷越积越多，使电场强度达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达6000--20000℃，所以发出耀眼的强光，这就是闪电。而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。 二、雷电的分类： 我们根据生活常识和结合有关资料，发现雷的种类主要有四种：直击雷、球雷、感应雷和雷电侵入波。 1）直击雷：是雷电与地面、树木、铁塔或其它建筑物等直接放电形成的。这雷击的能量很大，雷击后一般会留下烧焦、坑洞，突出部分削掉等痕迹。 2）球雷：是一种紫色或灰紫色的滚动雷，它能沿地面滚动或空中飘动，能从门窗、烟囱等孔洞缝隙窜入室内，遇到人体或物体容易发生爆炸。 3）感应雷：是指感应过压。雷击于电线或电气设备附近时，由于静电和电磁感应将在电线或电气设备上形成过电压。没听到雷声，并不意味着没有雷击。 4）雷电侵入波：是雷电发生时，雷电流经架空电线或空中金属管道等金属体产生冲击电压，冲击电压又随金属体的走向而迅速扩散，以致造成危害。 三、雷电的危害： 自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然
防雷工程师培训资料 第一部分 雷电基础知识 雷电是雷雨云之间或在云地之间产生的放电现象，雷雨云是产生雷电的先决条件。那么雷雨云是怎样形成的？ 一、雷雨云的形成 （一）雷雨云的宏观结构 雷雨云是对流云发展的成熟阶段，它往往是从积云发展起来的。发展完整的对流云，其生命史可以分为以下三个阶段： 1．形成阶段：这一阶段主要是从淡积云向浓积云发展。云的垂直尺度有较大的增长，云顶轮廓逐渐清楚，呈圆孤状或菜花形，云体耸立成塔状。这样的云我们在盛夏常常看到。在形成阶段中，云中全部为比较规则的上升气流，在云的中、上部为最大上升气流区。上升气流的垂直廓线呈抛物线型。在形成阶段，一般不会产生雷 电。 2．成熟阶段：从浓积云发展成积雨云，就伴随雷电活 动和降水，这是成熟阶段的征象。在成熟阶段，云除了有规 则的上升气流外，同时也有系统性的下沉气流。上升气流通 常在云的移动方向的前部。往往在云的右前侧观测到最强的 上升气流。上升气流一般在云的中、上部达到最大值，可以 超过25—30米／秒(见图1)。 3、消散阶段：一阵电闪雷鸣、狂风暴雨之后，雷雨云就 进入了消散阶段。这时，云中已为有规则的下沉气流所控 制。云体逐渐崩溃，云上部很快演变成中、高云系，云底有时还有一些碎积云或碎层云。 （二）雷雨云的微物理结构： 一块成熟的雷雨云，其顶部可以伸展到－40℃的高度(约l 万米以上)，而云底部的温度却在10℃以上。由于云体在垂直 方向上跨过了这么宽的温度范围，因而云中水汽凝结物的相态 就很不一样。在云中有水滴，过冷却水滴、雪晶、冰晶等(见图 2)。我们把雷雨云按温度高低来分层，便可以看：在温度高于 0℃的“暖层”的云中，全部是水滴(包括云滴)，在温度0至－ 8℃的云层中，即有较多的过冷却水滴(温度低于0℃的水滴)， 也有一些雪晶、冰晶；在温度低于－20℃的云层中，由于过冷 却水滴自然冻结的概率大为增加，云中冰晶的天然成冰核作用 更为显著，故云中基本上都是雪晶和冰晶了。在成熟阶段的雷 雨云中，发生着非常复杂的微物理过程，在云的“暖层”，有 水滴之间由于大小不同而发生的重力碰撞，也有湍流碰撞和 图1 一块雷雨云的气流结构示意图 图2 一块雷雨云的微物理结构示意图
雷电产生与危害方式 1 背景 雷电是自然界中极为普遍而又蔚为壮观的声、光、电现象，这不仅是由于它那特有的划破长空的耀眼闪电和震耳欲聋的霹雳声，更重要的还在于它给人类生存和生产活动带来巨大影响。雷电促成的有机物合成可能对地球的生命形成起到过一定的作用，雷电引起的森林火灾可能启发了远古人类对火的发现和利用。在现代生活中，雷电仍然对人畜的生命安全有所威胁，对航空，通讯，电力，建筑等国防和国民经济的许多部门造成重大的危险影响。 上世纪80年代以来，雷电灾害出现新特点。随着通讯信息技术和微电子技术高度发展和广泛应用于各个领域，使雷害对象发生了转移，从对建筑物本身的损害转移到对室内网络设备、电子设备等信息设备的损害，随之防雷对象和防雷重点也由强电向弱电转移。 2 雷电现象 能够产生雷电的云，称之为雷雨云，通常又称雷暴。1752年，美国科学家富兰克林首先揭开了“雷暴”的本质，认为它实际上是一种大气电现象，此后人们对雷电活动进行了大量的观察研究。为了说明雷电的形成和发展的规律和机理，提出过许多的起电机制，从微观的物理过程到宏观的大气物理对雷云的形成和发展过程中的电荷产生、电荷分离、电荷聚焦、雷云电场生成等现象进行分析和推测，力图对雷电的形成和发展机理进行解释。其中最具代表性的起电机制有Elster和Geitel的感应起电机制、Brook的温差起电机制、Lenard的破碎起电机制、Workman和Reynolds的融化、冻结起电机制。 图1 感应起电机理
与起电一样，雷暴云的放电也是一十分复杂的物理过程。当雷云中的电荷负值增加到一定数量时，使空气中的电场强度增加，达到使空气足以电离，产生游离态离子时，就产生了雷云的放电。按照闪电的外观形状，可将其分为：线状闪电、带状闪电、片状闪电、连珠闪电和球状闪电等，其中以线状闪电最为常见。按闪电发生的空间位置可将其分为：云内闪电、云际闪电、云地闪电等。云地闪电简称地闪，俗称落地雷，其走向多垂直于地面，危害大，是防雷设计应该注意的重点。云闪定义为所有没有到达地面的闪电放电，它的危害主要体现在雷击电磁脉冲。 通常，地闪放电可以划分为以下几个过程：预击穿过程（Preliminary breakdown process）、梯级先导（stepped leader）、回击（return stroke）等。预击穿过程是在地闪通道伸延出云底之前发生于云内的弱电离过程和放电过程。其持续时间从几毫秒到几百毫秒不等，典型值为几十毫秒。梯级先导是地闪放电的初始阶段，它为回击过程开辟通道，是地闪中的主要物理过程之一，闪电放电电流的路径是电阻最小的路径。在地闪的对地放电过程中，先导与回击之间的过程被称为连接过程（attachment process）。回击过程是地闪中对地面输送大量电荷因而产生大电流和强电磁辐射的阶段。回击常常形成很大的电流，发出很强的光，并形成光柱。所以回击常被称为主放电或主闪击。回击的推进速度比先导要快得多，平均约为，变化范围为s cm /1059×()s cm /102~102109××。回击通道的直径为，平均为几厘米，峰值电流可达以上。电流很大，通道的温度迅速升高，可达数量级，空气骤然膨胀因而产生了雷声。 ()cm 23~1.0A 410K 410 云电荷分布 t = 0 预击穿过程 t = 1.00ms 梯级先 导t = 1.10ms t = 1.15ms t = 1.20ms t = 19.00ms t = 20.00ms t = 20.10ms t = 20.15ms t = 20.20ms 图2 一次负地闪所包含的各种物理过程随时间的发展示意图
一、雷电就是怎样形成的？ 答:雷电就是一种大气中放电现象,产生于积雨中,积雨云在形成过程中,某些云团带正电荷,某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应,使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷,当电荷积聚到一定程度时,不同电荷云团之间,或云与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25-30KV/cm),开始游离放电,我们称之为"先导放电"。云对地的先导放电就是云向地面跳跃式逐渐发展的,当到达地面时(地面上的建筑物,架空输电线等),便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里,由于异性电荷的剧烈中与,会出现很大的雷电流(一般为几十千安至几百千安),并随之发生强烈的闪电与巨响,这就形成雷电。 二、什么叫跨步电压？ 答:跨步电压就是雷电击中地面物,雷电流泄入大地并在土壤中散流开,由于土壤电阻率有一定分布,雷电流在地面上各点间就出现电位降,靠近雷击点,电流密度越大,电位降也就越大。如果人站在或行走在落雷点附近,在两脚间的电位降可使雷电流通过两脚与躯干的下部,人就会被击伤。这两脚间的电位降叫"跨步电压"。 三、在一类防雷中为什么在安装的独立避雷针(包括其防雷接地装置)至少距被 保护的建筑物之间距离≥3米。 答:为了防止独立针遭直击雷击时对被保护物的反击。 四、什么叫均压环？在建筑防雷设计时,对均压环的设计有什么要求？ 答:均压环就是高层建筑物为防侧击雷而设计的环绕建筑物周边的水平避雷带。在建筑设计中当高度超过滚球半径时(一类30米,二类45米,三类60米),每隔 6米设一均压环。在设计上均压环可利用圈梁内两条主筋焊接成闭合圈,此闭合圈必须与所有的引下线连接。要求每隔6米设一均压环,其目的就是便于将6米高度内上下两层的金属门、窗与均压环连接。 五、在各类防雷中对引下线与天面网格有什么要求？ 答:引下线与天面网格通常用镀锌圆钢不小于φ8。一、二、三类对应引下线间距不大于12米、18米、25米;一、二、三类对应的天面网格5*5平方米(4*6平方米)、10*10平方米(8*12平方米)、20*20 平方米(16*24平方米)。 六、在高土壤电阻率地区,降低防直击雷接地装置的接地电阻宜采用什么方法？答:规范P26第4.3.4条,在高土壤电阻率地区,降低接地电阻可采取下列方法之一:(1)采用多支线外引接地装置,外引长度不大于有效长度,即le=2 ρ。(2)接地体埋于较深的低电阻率土壤中。(3)采用降阻剂。(4)换土。 七、什么叫雷电的反击现象？如何消除反击现象？ 答:雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体(包括接闪器、接地引下线与接地体),在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压,这电压对与大地连接的其她金属物品发生放电(又叫闪络)的现象叫反击。此外,当雷击到树上时,树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。要消除反击现象,通常采取两种措施:一就是作等电位连接,用金属导体将两个金属导体连接起来,使其接闪时电位相等;二就是两者之间保持一定的距离。 八、金属油罐在防直击雷方面有什么要求？ 答:金属油罐在防直击雷方面的要求:(1)贮存易燃、可燃物品的油罐,其金属壁厚度小于4毫米时,应设防直击雷设施(如安装避雷针);(2)贮存易燃、可燃物品的油罐,其金属壁厚度≥4毫米时,可不装防直击雷设施,但在多雷区也可考虑装设防直击雷设施。(3)固定顶金属油罐的呼吸阀、安全阀必须装设阻火器。(4)所有