一、雷电流波形及频谱分析

雷电流波形的关键参数雷电是一种自然现象，它产生的电流波形是非常复杂的。

为了更好地理解雷电的特性和行为，研究人员发展了一些关键参数来描述雷电流波形。

这些参数可以提供有关雷电能量释放过程的信息，并帮助我们更好地了解和预测雷电对环境和设备的影响。

在本文中，我将深入探讨雷电流波形的关键参数，包括峰值电流、上升时间、持续时间和下降时间。

我将从简单到复杂地介绍这些参数，并分享我的观点和理解。

1. 峰值电流：峰值电流是指雷电流波形中的最大电流值。

它是衡量雷电强度的重要指标，通常以千安（kA）为单位。

峰值电流的大小取决于雷暴云和被击中的物体之间的电荷差异以及雷电通道的导电能力。

较大的峰值电流意味着更强的雷电击中，可能会对设备和结构造成更严重的损害。

2. 上升时间：上升时间是指雷电流波形从最低电流值上升到峰值电流所需的时间。

它可以反映雷电流波形的急剧程度。

较短的上升时间意味着雷电流波形的变化速度快，释放的能量更集中，可能会导致更强烈的冲击和电磁干扰。

3. 持续时间：持续时间是指雷电流波形持续保持在峰值电流附近的时间长度。

它可以告诉我们雷电释放能量的持续时间。

持续时间较长的雷电事件可能会对设备和结构造成更长时间的影响，例如电磁辐射和电压过载。

4. 下降时间：下降时间是指雷电流波形从峰值电流下降到最低电流值所需的时间。

它可以用来描述雷电释放能量的方式。

较长的下降时间通常意味着雷电能量释放缓慢，可能会对设备和结构造成更持久的影响。

基于以上参数，我们可以更全面地了解雷电流波形的特性和行为。

通过评估这些参数，我们可以预测雷电对设备、结构和环境可能产生的影响，采取适当的防护措施和安全预防措施。

雷电流波形的关键参数对于雷电研究和防护工程至关重要。

了解和掌握这些参数将有助于我们更好地理解和应对雷电风险。

在未来的工作中，我们可以进一步研究和探索雷电流波形的相关参数，为雷电防护提供更准确和可靠的指导。

总结回顾：通过对雷电流波形的关键参数进行评估和理解，我们可以更好地了解雷电的特性和行为。

雷电电流数学模型的分析与研究（合肥工业大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230009）摘要：本文选取了常见的几个雷电电流的数学模型进行对比分析，运用Matlab 数学软件，分别做出它们的雷电电流波形图，在此基础上运用傅里叶变换分别对几种模型雷电流波的频谱进行分析，并做出了雷电流的频率分布图，为进一步深入研究雷电电磁场的计算和雷电电磁脉冲的防护提供理论基础。

关键词：雷电流 傅里叶变换 频率分布 频谱分析Research and Analysis of the mathematic models aboutthe lightning currentAbstract: In this paper, it takes several familiar mathematic models about the lightning current.First of all, it can make their waveform diagrams about the lightning current using the Matlab mathematic software. On this foundation, it uses the Fourier transform to analyzed the mathematic models in frequency domain and makes their frequency distribute diagrams. Thus, it can analyze the value of the lightning current frequency diagram and offer theoretical references to further research the induction of LEMP and .the count of electromagnetism field.Key Words : Lightning current, Fourier transform, Frequency distribute, Frequency chart analysis 0 引言雷电电流波的数学模型是研究雷电的主要内容之一，因为一旦知道雷电电流波形，就可得到有关雷电流的参数，如雷电流的峰值，最大电流的上升率，峰值时间等，此外，通过推出的雷电流的数学表达式，将为雷电过电压保护、雷电电磁脉冲(LEMP)防护和雷电电磁场计算等提供根本的理论基础[1]。

ARROW防雷产品技术培训资料北京爱劳高科技有限公司成立于1990年1月18日，是中国成立最早的专业化防雷公司之一。

我们始终坚持贯彻综合治理雷电危害的方针，形成了以建筑物直击雷防护、电源线路防护、信号数据线路防护和接地工程一体化的整体防雷体系。

在防雷技术、电力系统和电子系统过电压过电流保护技术等方面一直处于领先地位。

公司总部设在中国北京，在中国下设北京、成都、沈阳、上海、南宁、武汉六个办事处，形成了覆盖中国的销售网络。

并在加拿大、新加坡及台湾地区设立办事处和合作公司，设在武汉关东科技工业园的生产工厂全面通过ISO9001质量体系认证，是中国最具规模的专业高科技防雷产品生产基地。

公司成立以来，已发展成为开发、生产、销售和推广高新技术产品于一身的高科技企业。

并取得美国、日本、中国三项专利，产品均经过国家和部级检测并取得资质，主要有：◆ISO9001国际质量体系认证◆中国信息产业部防雷新产品鉴定证书◆中国信息产业部通信产品防雷性能质量监督检验中心的检测◆中国气象局颁发的防雷工程甲级设计资质和甲级施工资质◆中国国家科委科技成果推广证书◆中国电力工业部电气设备质量检验测试中心的检测◆中国铁道部产品质量监督检验中心的检测◆中国公安部计算机信息系统安全专用产品销售许可证◆中国气象局北京雷电防护装置测试中心的检测◆中国石油化工集团公司防雷产品鉴定◆中国劳动部劳动保护科研所证书◆中国人民保险公司产品责任险十多年来，公司承揽了多项国际和中国重点项目的防雷设计及改造工程，其中中国中央电视台彩电中心和上海东方明珠电视塔采用我公司防雷装置后，保证了电视播放工作正常进行。

此外，公司还为著名的中国三峡水利枢纽工程、中国西昌卫星发射中心、新加坡国家科技局、马来西亚乙烯化工厂、古巴全国广播电视台等多项重点设施保驾护航。

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公司防雷产品广泛应用于电力、国防、通信、交通、铁路、广播电视、石油石化、航空航天及综合建筑物等领域，在中国防雷产品市场中占有很大的分额、并进入国际市场。

用于雷电防护的雷电流波形参数研究用于雷电防护的雷电流波形参数研究雷电是自然界中常见且危害性较大的一种天气现象，其强烈的电荷分离产生的电场和电流对人类和物体都有一定的威胁。

为了有效地预防和缓解雷电对人类和设备的伤害，雷电防护成为了一个热门的研究领域，其中的一个重要方向就是研究雷电流波形参数。

在本文中，我们将讨论用于雷电防护的雷电流波形参数研究。

雷电流波形参数是指在雷电过程中由于电荷分离引起的电流的各项参数，包括电流幅值、波形特征、时间特征等等。

这些参数在雷电防护研究中具有非常重要的作用，其合理的选取和使用能够有效地提高防护效果。

因此，近年来许多学者对雷电流波形参数进行了深入研究，取得了一系列的研究成果和进展。

首先，电流幅值是衡量雷电能量大小的重要参数。

在雷电过程中，由于电荷分离带来的放电能够产生巨大的电流，因此需要选取适当的电流传感器对其进行测量。

针对不同的雷击情况，对电流幅值进行适当的调节是保证防护效果的重要手段。

其次，雷电流波形特征也是研究雷电防护的重要参数之一。

雷电在产生的瞬间会形成一个几乎瞬间的脉冲电流，而这种电流波形会对被保护物体产生不同的影响。

因此，研究并确定不同雷电脉冲波形对保护物体的影响是关键。

最后，时间特征也是研究雷电流波形参数的重要方面。

由于雷电实际有着一定的持续时间，因此需要考虑雷电的时间特征对被保护物体的影响。

根据实际数据的分析，确定最佳的雷电防护时间范围是保证防护效果的关键环节之一。

综上所述，用于雷电防护的雷电流波形参数研究在现代科技中具有重要意义。

的确，目前已然有许多成熟的研究成果，但是未来的研究还需继续深入。

例如，应用新型的传感器和分析手段，制定更高效的防护策略等等，这些都是未来雷电防护研究的重要前沿和挑战。

为了更加深入地研究用于雷电防护的雷电流波形参数，我们需要从实验和理论两个方面进行探究。

首先，实验研究是深入研究雷电流波形参数必不可少的手段之一。

通过对实际雷电的测量和分析，可以获取精确的电流数据和波形特征，并基于实验数据建立相关的模型。

防雷知识系列（二）－雷击闪电的特性雷击闪电的特性(1)雷电流的特性雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系。

雷击的发生、雷电流大小与许多因数有关，其中主要的有地理位置、地质条件、季节和气象。

其中气象情况有很大的随机性，因此研究雷电流大多数采取大量观测记录，用统计的方法寻找出它的概率分布的方法。

根据资料表明，各次雷击闪电电流大小和波形差别很大。

尤其是不同种类放电差别更大。

为此有必要作如下说明。

由典型的雷雨云电荷分布可知，雷雨云下部带负电，而上部带正电。

根据云层带电极性来定义雷电流的极性时，云层带正电荷对地放电称为正闪电，而云层带负电荷对地放电称为负闪电。

正闪电时正电荷由云到地，为正值，负闪电时负电荷由云到地，故为负值。

云层对地是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说云地间的电场强度。

云地间放电形成的先导是从云层内的电荷中心伸向地面。

这叫做向下先导。

其最大电场强度出现在云体的下边缘或地上高耸的物体顶端。

雷电先导也可能是从接地体向云层推进的向上先导。

因此，可以把闪分成四类，只沿着先导方向发生电荷中和的闪电叫无回击闪电。

当发生先导放电之后还出现逆先导方向放电的现象，称为有回击闪电。

上面讲到一次雷击大多数分成3～4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪电的电流比负闪电的电流大。

这可以从图1.2典型的雷雨云中的电荷分布得到理解。

电流上升率数据对避雷保护问题极其重要，最大电流上升率出现在紧靠峰值电流之前。

习惯上用电流波形起始时刻至幅值下降为半幅值的时间间隔来表征雷电流脉冲部分的波长。

雷电流的大小与许多因素有关，各地区有很大区别，一般平原地区比山地雷电流大，正闪电比负闪电大，第一闪击比随后闪击大。

(2)闪电的电荷量闪电电荷是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的数量。

这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也就是一次闪电的破坏力。

闪电电荷的多少是由雷云带电情况决定的，所以它又与地理条件和气象情况有关，也存在很大的随机性。

雷电波形与测试波形深圳科菲电气有限公司中国雷电防护研究会委员徐春明前言随着我国加入WTO，吸收和应用先进的标准指导生产，以求取得最佳的社会经济效益显得越来越重要。

本文集合IEC、GB标准对低压雷击防护技术作个简单介绍，并阐明电涌保护器（SPD）测试的基本常识，以丰富用户对电涌保护器相关的一些知识。

关键词雷击电磁脉冲雷电流雷击通过IEC(国际电工委员会)各成员国在全球的观测和统计，自然界真实的雷电流通常分为首次雷击(包含绝大部分能量)以及多次的后续雷击(较小能量)。

正负极性雷击以负极性为主，占到90%以上。

根据统计，真实的雷电流波形应该就是类似10/350µѕ的三角波形（见下图1），并且闪电击中雷击点后，会沿导线以接近光速的速度侵害建筑物内用电设备或电子系统。

　图1GB50057-2000附录六雷电流附表6.1的描述说明：注一，因为全部电荷量Q S 的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的电荷量。

注二，由于单位能量W/R的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的单位能量。

GB50057-2000第6.4.7条明文规定选用SPD必须通过I级分类测试。

（即10/350µѕ波形测试）。

如此规定的原因其实在IEC61312等标准里已经指出，雷击电磁脉冲（LEMP）防护的主要针对对象是建筑物直接雷击或附近落雷（雷击模型参见图2、3）。

因为此时雷击对建筑物内的电子系统的危害非常之大，必须使用高焦耳能量器件（通过10/350µѕ波形冲击和能量冲击）才能方保无虞（图4）。

图2建筑物被雷击直击图3建筑物附近发生雷击图4通过SPD消除地电位与供电线路之间的危险电势差图4中仅是使用SPD的原理说明，在工程实际中主要是使用B级SPD（通过10/350µѕ波形测试）在建筑物入口处消散雷击电流能量，而在后级中使用通过8/20µѕ波形测试的限压型SPD进一步降低残压，以多级SPD的能量配合来达到泻流、均压、限压的目的，从而保证系统的安全运行。

一雷电流波形及频谱分析
雷电是一种自然界中常见的天气现象，它产生的雷电流具有很强的能量和复杂的波形特征。

为了更好地了解和分析雷电流的特性，可以进行雷电流波形及频谱分析。

雷电流波形分析是指对雷电流的时间序列进行分析，以研究其波形特点和变化规律。

雷电流波形通常表现为一个快速上升、保持高峰值一段时间，然后迅速下降的过程。

这个过程中，雷电流的时间变化对应着雷电的生成、传播和消散过程，可以通过测量和记录雷电流的变化曲线来获得雷电的有关信息。

雷电流波形的形状和参数可以反映雷电事件的强度、持续时间和能量释放情况。

例如，雷电流的上升时间和下降时间可以反映雷电路径的长度和脉冲的衰减情况；雷电流峰值和持续时间可以反映雷电的能量释放量和持续时间等。

通过对雷电流波形的分析，可以了解雷电的强度和特征，有助于提高雷电保护措施和应对雷电灾害的能力。

雷电流频谱分析是指对雷电流信号的频域进行分析，以研究其频率分布和频谱特征。

雷电流信号通常包含多个频率成分，这些频率成分分布在整个频谱范围内，频谱的形状和峰值可以反映雷电产生的能量集中情况和分布特点。

雷电流频谱分析可以通过傅里叶变换等方法来实现。

通过对雷电流信号的频谱进行分析，可以了解雷电活动的频率成分和能量分布情况，有助于了解雷电的产生机制和特点。

此外，雷电流频谱分析还可以与其他雷电参数进行关联分析，如雷电流波形和雷电时间序列，可以揭示它们之间的内在关系和相互作用。

综上所述，雷电流波形及频谱分析是对雷电流信号进行时间域和频域分析的方法，可以揭示雷电的波形特点、变化规律和能量分布情况。

通过这些分析，可以更好地了解雷电的特性，提高雷电保护和应对雷电灾害的能力。

对时间的二重积分比较困难。

而脉冲函数模型克服了双指数函数模型和Heidler模型的缺点。

2 、雷电流频谱函数为了比较容易得到雷电放电电流的频谱，本文用双指数函数模型作为雷电放电的电流模型，对其进行傅里叶变换可获得频谱函数：首先对雷电放电电流的波形进行分析，提出用脉冲函数作为雷电放电电流的波形函数，然后得出雷电放电电流的频谱和幅频特性。

结果对避雷方案的设计、避雷器件将三种函数模型绘在同一坐标系中，如图1 和图2 所示。

（3 ）式就为雷电放电电流脉冲函数模型的频谱函数。

3 、雷电流的幅频图选取的雷电流波形代入（3）式，并取各频谱函数模的分贝数（d B ）作波特图，可得图3 、图4 、图5 所示的幅频图。

引言在当今信息化的时代，强大的雷电电磁脉冲可导致各种微电子设备的运行失效甚至损坏，成为威胁航空航天、国防军事、计算机与通信等领域的一大公害。

目前，在国内外关于雷电流的理论及计算方法尚欠完善，而对雷电流特性的研究主要基于雷电流的双指数模型和H e i d l er 模型的研究，然而，这两种模型都有其不足之处。

而本文采用雷电流的脉冲函数模型对雷电流频谱进行研究，找出雷电流的幅频特性规律。

1 、雷电流波形由于真实的雷电放电过程中的电流波形极不规则，具有很大的随机性和偶然性，且与地质结构，以及地面的建筑物都图1 1 0 / 350雷电流波形F i g.1 10/350w a v e fo r m o f L i g h t n i n gcu rrent有很大的关系[1][2][3],但根据大量实际观测资料显示，雷电放电电流的波形没有一幅是雷同的。

不过，尽管波形不同却发现始终具有相似的电流上升前沿，而且通道波图2 0 . 2 5 / 1 00雷电流波形F i g.2 0.25/100w a v e f o r m o f Li g h t n i n gcu rrent的选取和雷害的评估具有一定的指导意义。

关键词雷电放电电流；脉冲函数；频谱；幅频特性AbstractBeing based on analyzing waveform of Lightningcurrent, using Pulse function represent model ofLightning current. so as to come up frequencyspectrum f unction an d a mplitude-frequen cy figure andamplitude-frequencycharacteristicsofLightningcurrent.It is very im portant for us to design of Lightningprotection progra m an d c hoice of lightnin g arresterand evaluation of lightning harm .Key wordsLightnin g current;Pulse f unction;Freque ncy spe ctrumfu nction; Amplitude-frequency c haracteristics摘要黄铜矿5.4 区域多其次的岩浆活动成关系密切，矿区铜矿化带北侧长玢岩脉，南侧的黄铁矿矿化层化。

、雷电流波形及频谱分析由于雷电的随机性和复杂性，建立一个统一的数学模型是不可能的，但可以通过通道底部电流、回击传播速度、一定距离的电磁场等参数建立一个可接受的雷电数学模型创3]。

在工程应用中大多数雷电模型是在下列条件下建立的。

(1)针对第一回击建立雷电模型，因为雷电第一回击是引起过电压的主要原因。

(2)设定雷电通道都是垂直于地面的。

因为雷电通道的曲折具有随机性，因此在计算雷电通道周围的电磁场时由于雷电通道弯曲所带的影响并不大。

由此，将雷击电流表示为沿垂直通道向上传播的脉动行波i(z, t),假定大地为理想导体，地面为雷电通道镜像分界面，任意瞬时的i(z',t)随高度z按指数规律衰减。

表示为：az'i(z',t) i(0,t z'/u)e .......................................................... .(1)式中，a为衰减常数，其值与存储在阶梯先导的电荷分布及回击的放电情况有关，变化范围为0.5-1.0(1/km);v为脉冲电流沿回击通道的传播速度，其变化范围是0.6〜2.0*10 8m/s;i(0,t z'/u)为回击通道底部的电流。

通道底部电流采用Heidler模型：2 H j t 1i(0,t) 仏二,)』e7, i exp[ (』)(n』)”.......................................... ⑵i1 1 1 (t/ 1i)i2i 1i式中，I。

为通道底部电流的峰值；i1为前沿时间常数；2i为延迟时间常数；1为峰值修正系数；n i为指数。

一典型雷电回击底部电流波形参数如下表:将表中参数带入heidler模型计算公式，得出雷电通道底部电流波形。

在式i(z',t)中，取雷电通道的传播速度为v 1.3*10 8(m / s)，衰减常数a=0.6 (1/km)图2.1雷电通道底部电流波形设e 为常量，e 0.577216。