雷電的產(chǎn)生及參數(shù);雷電沖擊擊穿

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1、單元一雷過電壓及防雷設(shè)備認(rèn)知雷電是自然中最宏偉壯觀的現(xiàn)象也是最普遍的現(xiàn)象之一，它對(duì)人類的生活環(huán)境、工作條件等都造成了很大的影響，因此對(duì)雷電的研究和防護(hù)意義重大。早在18世紀(jì)初，富蘭克林等物理學(xué)家已經(jīng)揭示了閃電就是電的本質(zhì)，隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)。情境一雷過電壓的產(chǎn)生和雷電參數(shù)雷電沖擊下氣體的擊穿雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會(huì)引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。從電力工程的角度來看，最值得我們注意的兩個(gè)方面

2、是：雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一?；脽羝?4產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動(dòng)力引起機(jī)械損壞?；脽羝?5一、雷電放電過程及其特點(diǎn)水滴分裂起電理論：大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水雷云中的電荷分布1、雷電放電的機(jī)理：凍結(jié)起電、水滴分裂起電沫被上升氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。實(shí)測(cè)表明：5～10km高度主要是正電荷云層，1～5km高度主要是負(fù)電荷云層。雷云中電荷分布一

3、般不均勻，有多個(gè)電荷密積區(qū)。隨著電荷積累，雷云電位升高，對(duì)地電位差可達(dá)數(shù)兆至數(shù)十兆伏。當(dāng)不同電荷雷云間或雷云與大地凸出物接近到一定程度，其間電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到該空間的擊穿強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云間或?qū)Φ氐幕鸹ǚ烹?，即通常所說的雷擊。一般把對(duì)地面凸出物直接的雷擊叫直擊雷。2、放電過程：雷云接近地面時(shí)，地面感應(yīng)出異性電荷。由于雷云中電荷分布不均勻，地面高低不平，其間電場(chǎng)強(qiáng)度分布很不均勻。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到25～30kV/cm時(shí)，發(fā)生由雷云向大地發(fā)展的跳躍式“先導(dǎo)放電”，先導(dǎo)通道接近大地時(shí)，發(fā)生大地向雷云發(fā)展的極明亮的“主放

4、電”，再向上發(fā)展到云端即結(jié)束；云中殘余電荷經(jīng)主放電通道繼續(xù)流向大地，稱為“余光放電”。先導(dǎo)階段：方向向下、電流小、速度慢（150km/s）；主放電階段：方向向上、大電流（幾百KA）、高陡度（C的10%～50%）、短時(shí)間（50～100μs）；余光放電：電流不大、持續(xù)長(zhǎng)（0.03～0.15s）。高幅值、高陡度、短時(shí)間，大多數(shù)雷擊是負(fù)極性。3、特點(diǎn)：二、雷電參數(shù)1、雷電流的幅值通常定義雷電流為雷擊于低阻接地電阻(≤30Ω)的物體時(shí)流過雷擊點(diǎn)的電流。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦，一般地區(qū)，雷電流幅值超過I的概率可按下式計(jì)算除

5、陜南以為的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古等雷電活動(dòng)較弱，雷電流幅值較小，P可表示為：我國(guó)一般地區(qū)，按經(jīng)驗(yàn)公式可得到，雷電流幅值超過20kA的概率約為59%，超過50kA的概率約為27%，超過88kA的概率為10%。2、雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長(zhǎng)雷電流的波前時(shí)間T1處于1～4μs的范圍內(nèi)，平均為2.6μs。波長(zhǎng)T2處于20～100μs的范圍內(nèi)，多數(shù)為40μs左右。我國(guó)防雷設(shè)計(jì)采用2.6/40μs的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50μs。雷電流波前的平均陡度為3、雷電流的計(jì)算波形在防

6、雷計(jì)算中，按不同要求采用不同的計(jì)算波形4、雷暴日及雷暴小時(shí)為評(píng)價(jià)某地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)度，常用該地區(qū)多年統(tǒng)計(jì)所得到的平均出現(xiàn)雷暴日或雷暴小時(shí)來估計(jì)。在一天內(nèi)或一小時(shí)內(nèi)只要聽到一次雷聲就作為一個(gè)雷電日Td或一個(gè)雷電小時(shí)Th由于不同年份的雷電日數(shù)變化很大，所以均采用多年平均值——年平均雷暴日雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān)雷州半島和海南島，雷電活動(dòng)強(qiáng)烈，平均達(dá)100～133日；北回歸線以南在80日以上（但臺(tái)灣只有30日）；長(zhǎng)江以北大部在20～40日；西北多數(shù)在20日以下，但西藏高達(dá)50～80

7、日。京、滬、寧、漢、成都、呼約為40日；沈、津、濟(jì)、鄭大約為30日；穗、昆、南寧為70～80日。5、地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù)地面落雷密度γ指每個(gè)雷電日每平方公里的地面上的平均落雷次數(shù)（單位：次/平方公里?雷電日）我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Td=40的地區(qū)，取輸電線路年平均遭受雷擊的次數(shù)單位：次/100公里?年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：土壤電阻率較周圍土地小得多的場(chǎng)地、山谷間的小河旁、迎風(fēng)的山坡等，地面落雷密度遠(yuǎn)大于平均值，稱為易擊區(qū)。變電站或線路選址時(shí)應(yīng)考慮避開這些地區(qū)。6、雷電通道的波阻抗雷電通道長(zhǎng)度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘

8、米，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。主放電過程可看作是一個(gè)電流波沿著波阻抗為Z0的雷道投射到雷擊點(diǎn)的波過程。我國(guó)有關(guān)規(guī)程建議取7、雷電的極性負(fù)極性雷擊均占75～90%，對(duì)設(shè)備絕緣危害較大，防雷計(jì)算中一般均按負(fù)極性考慮。三、雷電沖擊電壓下氣體的擊穿（一）沖擊波形及特點(diǎn)沖擊波：①雷電沖擊②操作沖擊標(biāo)準(zhǔn)雷電波：IEC和國(guó)標(biāo)規(guī)定：T1=1.2μs±30％T2=50μs±20%一般寫為±1.20/50特點(diǎn)：高幅值、高陡度、短時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)雷電