雷电放电的基本型式与特点
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雷电的四种基本形式雷电作为一种自然界中的电现象,不仅令人着迷,同时也给人们带来了许多困惑和危险。
了解雷电的形式是防范雷击的重要基础。
雷电通常会呈现出四种基本形式,分别是云间放电、云地放电、水平放电和地表放电。
本文将详细介绍这四种形式的雷电,并探讨其产生的原因和相关防范措施。
一、云间放电云间放电是指云与云之间产生的放电现象。
当空气中的水蒸气冷却凝结形成云时,云内的水滴、冰晶之间会发生摩擦,导致云内部电荷的分离。
云中的正电荷和负电荷会逐渐积累到一定程度,当电场强度超过空气的绝缘能力时,就会产生云间放电。
云间放电表现为云与云之间闪烁的电火花,形成闪电。
云间放电的原因主要是云内部湍流的存在,湍流会使云中的正负离子分开,形成电荷分离。
同时,云中存在冰晶和水滴之间的碰撞,也是云间放电的重要因素。
二、云地放电云地放电是指云与地面之间产生的放电现象,也就是我们常说的闪电。
当云中的电荷分离到一定程度时,云底和地面之间形成了电场,这时空气中的离子会受到电场的作用而产生移动,形成离子通道。
当离子通道达到一定条件时,云中的电荷就会沿着离子通道向地面放电,形成闪电。
云地放电的产生需要考虑多种因素,包括云中的电荷分离、电场的形成、空气中的离子通道形成等等。
同时,地面上的地形、建筑物以及地面物体的导电性也会影响云地放电的路径和强度。
三、水平放电水平放电是指云与云之间或云与地面之间的放电。
当云层中的正负电荷积累到一定程度时,由于电场的作用,电荷就会沿着云层或地面表面的物体做水平运动,并迅速放电。
水平放电表现为闪电沿着云层或地面表面快速移动的现象。
水平放电的原因主要是云层中不同位置的电荷分离不均匀,导致电场的形成。
同时,水平放电的路径也受到地面物体的影响,如果有适当的导电路径,水平放电的路径就会更加明显。
四、地表放电地表放电是指大气中与地表接触的电荷释放。
当地面附近的大气中积累了一定的电荷时,由于电场的作用,电荷会沿着地面物体释放。
闪电的特性与类型闪电是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象,那么你对闪电的形成原因了解多少呢?以下是由店铺整理关于闪电是如何形成的的内容,希望大家喜欢!闪电的形成原因如果我们在两根电极之间加很高的电压,并把它们慢慢地靠近。
当两根电极靠近到一定的距离时,在它们之间就会出现电火花,这就是所谓“弧光放电”现象。
雷雨云所产生的闪电,与上面所说的弧光放电非常相似,只不过闪电是转瞬即逝,而电极之间的火花却可以长时间存在。
因为在两根电极之间的高电压可以人为地维持很久,而雷雨云中的电荷经放电后很难马上补充。
当聚集的电荷达到一定的数量时,在云内不同部位之间或者云与地面之间就形成了很强的电场。
电场强度平均可以达到几千伏特/厘米,局部区域可以高达1万伏特/厘米。
这么强的电场,足以把云内外的大气层击穿,于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光。
这就是人们常说的闪电。
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。
相隔百分之几秒之后,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。
雷电的四种基本形式雷电的四种基本形式雷电是一种自然现象,它是由于云层内部产生静电荷分离,形成电场而引起的。
当云层内部电场强度达到一定程度时,就会发生放电现象,形成闪电。
闪电是极为强大的自然力量,能够瞬间释放出巨大的能量。
在自然界中,雷电有着多种形式。
下面将介绍雷电的四种基本形式。
第一种:云地闪云地闪是指从云朵中发出的闪电直接击中地面。
这种情况常常发生在雷暴天气中,当云层内部产生了强大的静电荷分离时,会形成一个巨大的带负荷区域和一个带正荷区域。
当两个区域之间的距离足够近时,就会发生放电现象,形成一道从云朵中直接射向地面的闪电。
第二种:云空闪与云地闪不同,在云空闪中,闪电并没有直接击中地面,而是在空气中产生了放电现象。
这种情况通常发生在两个带荷体之间距离较近时,由于电荷之间的相互作用力,就会形成一道强烈的电弧,从而产生亮光和声响。
第三种:地空闪地空闪是指从地面向云层中发出的闪电。
当地面上的物体受到云层中带负荷区域的作用时,就会形成一个带正荷区域。
当这个带正荷区域与云层中带负荷区域之间的距离足够近时,就会发生放电现象,形成一道从地面射向云层的闪电。
第四种:球状闪电球状闪电是一种非常罕见的天气现象。
它是一种呈球状或椭圆形的光球,在空气中飘浮着,并且能够持续数秒钟甚至数分钟。
球状闪电通常在雷暴天气过后出现,它具有很高的温度和能量,并且能够对周围环境产生影响。
结语雷电是一种非常神奇和强大的自然现象,在我们日常生活中也经常会遇到。
了解雷电的基本形式可以更好地预防和应对雷电天气,保护我们的生命和财产安全。
雷电基本知识雷电基本知识雷电是什么雷电(闪电)是大气中发生的剧烈放电现象,通常在雷雨云(积雨云)情况下出现,闪电按其发生的位臵可分为云内闪电、云际闪电和云地闪电,其中云地闪电又称为地闪,对人类活动和生命安全有较大威胁。
放电时会产生大量的热量,使周围空气急剧膨胀,形成隆隆雷声。
雷电的主要特点(1)放电时间短,一般约50~100微秒。
(2)冲击电流大,其电流可高达几万到几十万安培。
(3)冲击电压高,感应电压可高达万伏。
(4)释放热能大,瞬间能使局部空气温度升高至数千度以上。
(5)产生的冲击压力大,空气的压强可高达几十个大气压。
因此,雷电极具破坏力。
雷击的形式雷击一般有直接雷击和间接雷击两种形式。
直接雷击:在雷电活动区内,雷电直接通过人体、建筑物、设备等对地放电产生的电击现象。
间接雷击:所谓间接雷击主要是直击雷辐射脉冲的电磁场效应和通过导体传导的雷电流,以如雷电波侵入、雷电反击传导的雷电流,以如雷电波侵入、雷电反击等形式侵入建筑物内,导致建筑物、设备损坏或人身伤亡的电击现象。
容易被雷电袭击的对象雷电“喜爱”在尖端放电,在雷电交加时,人在旷野上行走,或扛着带铁的金属家具,或骑在摩托车上,或恰恰举起高尔夫球杆,或在电线杆、大树下躲雨,就容易成为放电的对象而遭受雷击。
1、高耸突出的建筑物,如水塔、电视塔、高耸的广告牌等;2、内部有大量金属设备的厂房;3、孤立、突出在旷野的建(构)筑物以及自然界中的树木;5、电视机天线和屋顶上的各种金属突出物、如旗杆等;6、建筑物屋面的突出部位和物体,如烟囱、管道、太阳能热水器等,还有屋脊和檐角等;雷电灾害---最严重的十大自然灾害之一在电闪雷鸣的时候,由于雷电释放的能量巨大,再加上强烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射,常常造成人畜伤亡,建筑物损毁、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,雷电灾害被列为最严重的十大自然灾害之一。
雷电放电特点
雷电放电是一种高能放电现象,常常伴随着强烈的雷鸣和电光。
其特点如下:
1. 高能放电:雷电放电是一种高能电流放电,其能量远远超过一般的电路放电。
2. 瞬间放电:雷电放电往往是瞬间放电,其放电时间很短,一般只有几十微秒至几百微秒。
3. 高温高压:雷电放电产生的电流和电压非常大,导致周围的空气瞬间受热膨胀,产生高温高压现象。
4. 巨大能量:雷电放电产生的能量非常巨大,足以瞬间引燃周围的物体,造成火灾和爆炸等危害。
5. 不可预测性:雷电放电是一种自然现象,其发生的位置和时间难以预测,因此造成了很大的不确定性和危害。
综上所述,雷电放电是一种高能放电现象,其特点包括高能、瞬间放电、高温高压、巨大能量和不可预测性。
为了减少雷电放电对人类和物质造成的危害,需要采取有效的防雷措施和应急措施。
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雷电放电的基本型式与特点
1.2.1雷电放电的基本型式
雷电放电主要有三种主要的型式即1、云对地放电;2、云对云放电;3、云内放电。
因第1种型式云对地放电对人类的活动影响较大,所以我们主要关心的是云对地放电。
(1)、云对地放电形成的直击雷(如图1-1所示)当云层对地较低、或地面有高耸的尖端突起物时,雷云对地之间就会形成较高的场强,当场强达到一定的值时,雷云就会向地面发展向下的先导,当先导到达地面,或与大地迎面先导会合时,就开始主放电阶段。
在主放电中雷云与大地之间所聚集的大量电荷通过狭小的电离通道发生猛烈的电荷中和,放出能量,产生强烈的声和光,即电闪、雷鸣。
在雷击点,有巨大的电流流过。
大多数雷电流的峰值有几十千安,也有少数达到上百千安。
由于雷击是大极短的时间内释放较大的能量,因而会造成极大地破坏作用。
(2)、云对云放电当带不同电荷的云团相遇时,就会发生云对云的放电,云对云的放电其实是最主要的雷电活动型式。
云对云放电对人类活动的影响要比云对地放电小得多,不会产生直击雷,直接造成人身伤亡和建筑物损毁事故。
但云对云放电会在线路和网络上产生感应雷过电压,过电压的大小视雷电活动强弱和放电雷云离地面的高低而定。
感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境(如土壤电阻率)、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。
一般来讲,云对云放电越强烈,参与放电的云层离地面越低,所产生的感应雷过电压就愈高,反之则愈弱。
感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生,也可由“电磁感应”的效应产生,但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。
(a)静电感应形成的感应雷过程、静电感应在线路中感应的过电压可由地闪引起,也可由云闪引起。
例如:在架空线路上空有一团雷云,雷云底部带负电荷,由于静电感应,雷云将在大地上感应出正电荷,雷云与大地形成电场,因架空线处于该电场中而被极化,在靠雷云一侧带正电荷,靠大地一侧带负电荷,由于架空线路与大地间的绝缘不
会无穷大,因此导线上的负电荷便向左右两方向移动渐渐泄入大地,导线上仅存有受雷击束缚的正电荷。
在这片雷云对另一雷云放电或者对大地放电时,则雷云与大地间的电场随之消失,导线上的束缚电荷变成自由电荷,并立即向导线两端移动,形成对地电压。
(b)电磁感应形成的感应雷过程、最初人们认为感应雷主要是由静电感应的效应形成,根据这一理论,在线路上被感应出的雷过电压应该和线路架设的高度成正比,那么埋地电缆的架设高度为零,自然被感应出的雷过电压也应该为零,但实际当中经检测在埋地电缆上的雷过电压可高达数万伏,这里用静电感应的理论显然不能完善的解释这种现象。
近年来,随着防雷科学技术研究的不断深入,一种新的解释理论产生了,这就是感应雷的电磁感应生成机理解释方法,这种方法认为:当直击雷放电过程中,强大的脉冲电流所产生的强力变化磁场将会对周围的导线或金属物体产生电磁感应,从而引发过电压,以致发生闪击的现象。
(3)云内放电当带电云团的内部,带异号电荷中心之间的电场强疫达到空气间隙的击穿值时会发生云内放电,云内放电的强度一般都不会特高,属于最弱的一种雷电活动型式,对人类活动几乎没有什么影响,因而也很少受到人们的关注。
(4)球形雷、是一种橙色或红色的类似于火焰的发光球体,偶尔也有黄色、蓝色或紫色的。
大多数球雷的直径在10—100cm之间,球雷多在强雷暴时空中闪电最频繁的时候出现。
球形雷通常沿水平方向以1—2m/s的速度上下滚动,有时距地面2—3m,有时距地面0.5—1m,它在空气中的漂游时间可由几秒到几分钟。
关于球形雷的形成机理至今尚无合理的解释,通常认为球雷是强雷暴时产生的分裂带电或放电云团。
球雷常由建筑物的孔洞或门窗进入室内,最常见的是沿大树滚下进入建筑物并伴有“嘶嘶”声。
球雷有时自然爆炸,有时遇到金属管线而爆炸。
球雷有时遇到易燃物质则造成燃烧,遇到易燃、易爆气体或液体会造成剧烈的爆炸。
有的球形雷会不留痕迹地自行消失,但大多数则伴有爆炸声,爆炸后偶尔有硫磺、臭氧或二氧化碳气味。
球形雷火球可辐射出大量的热量,因此它的烧伤力较大。
防护球形雷并不困难,比如采用法拉弟笼式避雷网,或将建筑物的金屋门窗接地,在雷雨天气时关闭门窗。
堵上建筑物上不必要的孔洞。
储存易燃、易爆
物体的仓库和厂房的门窗和排气孔要加装接地的金属防护网等措施。
1.2.2 雷电放电的选择性
在同一区域内雷击分布不均匀的现象称为“雷电放电的选择性”。
雷击虽是小概率事件,但它的发生仍有一定的规律可循。
如河南省信阳市有一山名“振雷山”,之所以得名“振雷山”主要是信阳市大多数雷电活动时,雷电都在该山区活动,并多次发生对地雷击放电的现象。
也就是说雷电活动在一定的区域内,特别是云对地放电会受地形、地势和季风的影响有一定的规律,掌握这些规律对防雷具有重要意义。
(1)雷击与地形、地势的关系、对于山区来说,雷电活动受地形、地势的影响较为明显,因为山区雷云的活动主要受季风的影响,而季风又受山势及地形的影响,比如两侧有高山、碍口,那么雷云就会随着季风的作用从山谷或碍口穿越,这时如果附近有突出物,就会引起雷云对地放电,位于这些地段的线路或设施要么合理避让,要么采取特别的防雷措施。
(2)雷击与地质的关系、从现场资料分析可知:如果地面土壤分布不均匀,则在土壤电阻率特别小的地区,雷击的概率较大,这是由于静电感应的作用,在雷电先导放电阶段,地中的感应电流沿着电阻率较小的路径流通,使地面电阻率较小的区域被感而积累了大量与雷云相反的电荷,而雷电自然就朝这电阻率较小的地区发展。
这就是为什么山区地下有金属矿的地方遭雷击概率大,河流附近雷击概率大的原因。
(3)雷击与地面设施的关系、当雷云运动到离地面较近的低空时,雷云与地面之间的电场受地面设施的影响而发生畸变,有时在突出的物体上由于电场强度增大,还会发生向上的迎面先导,雷电放电自然就容易在雷云与地面设施之间发生。
这就是为什么高塔和高耸的建筑物容易遭受雷击的根本原因。
(4)局部小气侯与雷击放电的关系、在雷电活动时工厂烟排出的热气流注、烟气(因烟气中含有导电的微粒和金属离子)它们比空气的电阻率小得多,有时更相当于半导体流注,一方面缩短了雷云与地面的矩离,另一方面会引起电场发生畸变,从而引导了雷击的发生,上海宝钢化工公司2005年8月17日的雷害事故,据分析就是由于局部小气侯的影响。
2005年8月17日21时45分,化工三期煤精酚水控制室操作人员听到一声爆炸巨响,A母线失电。
当电气点检工到达现场时,发现3p-5403B开关柜门被炸变形,当时立即确认为3kvA母故障失电,一时无法恢复送电。
本次雷害事故直接损失如上所述是损坏了三台3kv开关,并造成了化工三期A母线失电6个小时。
由于A母和B母系统为备用,所以没有造成主设备停电,否则,如雷电同时造成A母和B母同时停电,则后果将不甚设想,将造成较大的损失。
宝钢化工公司位于上海市东北方长江边上,化工公司紧靠长江,距长江入海口仅几十公里。
属于海洋性气侯,每年的雷电活动日为70左、右,属于强雷电活动区。
在局部区域,雷电的活动规律是一般在山谷、河流和地面有突起物,地面有向上排放气流的场所,或地下有金属矿的地方落雷密度最大。
而宝钢化工公司所处的地理气象条件有多种因素符合高密度雷击的条件如:(1)位于江边符合位于河流傍的条件;(2)地面林立有大量的构筑物,符合地面有突起物的条件;(3)地下有大量的金属管道,对应地下有金属矿的条件;特别值得一提的是该公司所处厂区有几处凉水塔向天空排放大量的热蒸气(见图1—12和图1--13),
图1--12、凉水塔形成的小气侯
图1--13凉水塔形成的小气侯(用彩色)
造成局部的“小气侯”,即造成空气中介质的不均匀,甚至是突变,因为热蒸汽的介电常数εr与大气的介电常数εo有较大的差异,介电常数的变化会影响电场强度的变化,所以这种突变会导致雷云下的电场的畸变,从而影响雷云放电的几率,改变雷云放电的通道,加大局部区域的雷电放电概率。
一旦空中有带电的雷云在附近活动,受畸变电场的影响,雷电荷会沿着热蒸气排放通道放电,从而击中地面的突起物。
通过以上分析可知宝钢化工公司所处场所属于强雷电气象条件下的高落雷密度地区。
另外,2005年8月17日事故发生时,宝钢厂区电闪雷呜,雷电活动强烈,也证明了该事故的起因是雷电造成的。
1.2.3 我国雷电活动分布规律
我们国家幅原辽阔,从位于亚热带的海南到位于寒带的莫河距离几千公里,从东边沿海地区西到云贵高原,降雨量和雷电活动相差很大,但总的来说则有如下规律:
(1)南方的雷电活动多于北方,从南到北逐惭减少,海南地区的雷电日高
达180多个,而西北新疆地区雷电日则少于20。
(2)沿海多于内地,在其他条件相同时,沿海地区的雷电活动明显高于内地。
如浙江、福建沿海的雷电活动明显高于同一纬度的内陆地区。
(3)山区高于平原,位于同一地区的山区雷电活动明显高于平原地区。
(4)东部高于西部,特别是东北地区的雷电活动明显高于处于同一纬度的西北地区,这主要是受东北降雨量明显高于西北地区的原因,也就是说雷电活动和降雨量基本上是一至的。
(5)在同一地区会受地形、地势、地质和小气候的影响差异较大,因而在防雷措施上也要因地制宜,制订针对性的防雷措施。