第一章 雷电的基本理论

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电、声碰撞过程。

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。

雷电的基本知识雷电是大气中大量饱和水蒸气(水滴)在空间气流的作用下，上升、下降移动过程中摩控分裂而形成两种带不同电荷的雷云层。

在雷云层之间或雷云层对地面之间构成了一个很大的电容器。

随着电荷的积聚，当任何一个电荷聚集中心处的电场强度达到25kV/cm~30kV/cm时，周空气的绝缘性能被破坏。

于是，带不同电荷的雷云层之间、需云对地之间就会发生强烈的放电现象。

雷电瞬间放电时间仅为30us~50us。

放电波陡度可高达50kA/us，其主放电电流可达几上安至几百千安。

由于放电波陡度高，雷电感应电压能达到300kV~400kV。

由于放电电流很大,产生的温度很高，可达20000℃。

雷电发生时，虽然时间很短，但破坏作用很大。

有时雷云层很低，致使地面凸物上感应出异种电荷，造成雷云对地面之间的放电，这就是雷击，也称做直击雷。

在发生雷击的同时，其附近将呈现雷电感应，分为静电感应和电磁感应两种,也具有破坏作用。

静电感应是由于雷云放电前,对地面上物体的顶端感应出大量异性电荷，呈现很高电压的现象,一旦雷云与其他部位放电后，静电感应现象也随之消失,致使聚集的大量电荷,呈现很高的电压,迅速沿物体传播。

电磁感应是雷击后，其瞬间产生又很快消失的雷电流，在其周围空间产生强大的电磁场的现象，在此电磁场作用范围内的金属体上，会产生很高的感应过电压，上述感应过电压冲击波的破坏性也很大。

雷云中可能同时存在着几个电荷聚集中心，所以经常出现多次重复性的放电现象，常见的为2次~3次，当第一个电荷聚集中心完成放电过程后,其电位迅速下降,第二个电荷聚集中心立即向前一个放电位置移动，瞬间重复放电，每次间隔时间从几百微秒至几百毫秒不等,但其放电电流会逐次递减。

第二个及以后的雷云放电电流通常不超过30kA。

防雷技术基础知识第一章雷电基本理论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。

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。

雷电防护安全指南实用手册雷电是一种强大而又危险的自然现象，它带来的电流和电压可能对人们的生命和财产造成巨大损害。

为了保护人们和设备免受雷击的危害，制定一份雷电防护安全指南是必要的。

本手册将为您提供一些实用的指导措施和建议，以帮助您更好地应对雷电风险。

第一章：了解雷电雷电是大气中形成的一种电气放电现象。

当云间或云与地面之间形成强烈的静电场时，就会产生雷暴现象，这时大气将放电，形成闪电。

雷电的主要特点是过电流、过电压、涌电流和电磁干扰。

第二章：雷电防护原理雷电防护的基本原理是通过设计和安装合适的保护装置，将雷电的电流和电压引导到地下或安全地方，避免对建筑物和设备造成直接或间接损害。

常用的防护装置包括避雷针、避雷网和避雷装置。

第三章：雷电防护措施1. 设计合理的避雷系统。

根据建筑物的高度、形状和周围环境等因素，选择合适的避雷针和避雷装置，确保雷电会优先被这些装置吸引和导向地下。

2. 安装避雷设备。

避雷针和避雷装置应按照相关标准和规范进行安装，保证其完好、牢固地固定在建筑物的高点和需要防护的设备上。

3. 地线系统的设计和布置。

合理设置地线系统，将雷电引导到地下，确保电流畅通，防止因为雷电灾害导致的火灾和爆炸等事故。

4. 电气设备的防护。

对于对雷电敏感的电气设备，应采取必要的保护措施，如安装防雷插座、防雷器、隔离开关等设备，以减少雷电对其造成的危害。

5. 建立雷电监测和预警系统。

及时了解雷暴的形成和发展趋势，预测雷击的可能性，提前采取必要的防护措施，保护人们的生命和安全。

第四章：日常预防雷电安全建议1. 减少户外活动。

在雷电活动频繁的时候，尽量减少户外活动，远离高处、开阔地、水面、金属结构等雷电易袭击的区域。

2. 在室内时避免使用金属物品。

雷电容易通过金属传导，因此在室内时，尽量避免接触金属物品，如水龙头、电线、电器等。

3. 避免接触电器和电线。

雷电可能通过电线传导到建筑物内部或家用电器上，因此在雷电天气中，应尽量避免接触电器和电线。