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第四篇电气工程安全技术篇· -)!! ·
第三十一章防雷保护与
间接接触电击防护技术
第一节雷电现象、种类和性质
一、雷电现象及雷电的种类
(一)雷电现象
雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。在雷雨季节里,地面上的水分受热变成水蒸气,并
随热空气上升,在空气中与冷空气相遇,使上升气流中的水蒸气凝成水滴或冰晶,形成积云。云中的水滴受
强烈气流的摩擦产生电荷,而且微小的水滴带负电,小水滴容易被气流带走形成带负电的云;较大的水滴留
下来形成带正电的云。由于静电感应,带电的云层在大地表面会感应出与云块异性的电荷,当电场强度达到
一定值时,即发生雷云与大地之间的放电;在两块异性电荷的雷云之间,当电场强度达到一定值时,便发生云
层之间放电。放电时伴随着强烈的电光和声音,这就是雷电现象。
雷云放电时,也是由于雷云中的电荷逐渐聚集增加使其电场强度达到一定程度时,周围空气的绝缘性能
就被破坏,于是正雷云对负雷云之间或者雷云对地之间,发生强烈的放电现象。其中尤以雷云对地放电(直
接雷击)对地表的供电网络和建筑物的破坏性最大。
雷云是产生雷电的基本因素,而雷云的形成必须具有下列三个条件:
!" 空气中有足够的水蒸气;
#" 有使潮湿的空气能够有上升并凝结为水珠的气象或地形条件;
$" 具有气流强烈持久地上升的条件。
雷电过电压是由雷云放电产生的,它是一种壮观的自然现象,包括闪电和雷鸣两种现象,两者相伴出现,
因而常称之为雷电。最常见的雷云有热雷云和锋面雷云两种。垂直上升的湿热气流升至# % &’( 高空时,湿
热气流中的水分逐渐凝结成浮悬的小水滴,小水滴越聚越多形成大面积的乌黑色积云。若此类积云由于某
种原因而带电荷则称为热雷云。此外,水平移动的气流因温度不同,当冷、热气团相遇时,冷气团的容度较
大,推举热气团上升。在它们的广泛的交界面上,热气团中的水分突然受冷凝结成小水滴及冰晶而形成翻腾
的积云,此类积云如带电荷称为锋面雷云。一般情况,锋面雷云波及的范围比热雷云大得多,可能有几公里
甚至十几公里宽的大范围地区,流动的速度可高达每小时!)) % #))’(。因此,它所形成的雷电危害性也较
大。
雷云对地之间的电位是很高的,它对大地有静电感应。此时雷云下面的大地感应出异性的电荷,两者之
间构成了一个巨大的空间电容器。雷云中或是在雷云对地之间,电场强度各处不一样。当雷云中任一电荷
聚集中心处的电场强度达到#& % $)’*+ ,( 时,空气开始游离,成为导电性的通道,叫做雷电先导。雷电先导
进展到离地面大约在!)) % $))( 高度时,地面受感应而聚集的异号电荷更加集中,特别是易于聚集在较突起
或较高的地面突出物上,于是形成了迎雷先导,向空中的雷电先导快速接近。当两者接触时,这时地面的异
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· "$$$ · 新编电气工程师手册
号电荷经过迎雷先导通道与雷电先导通道中的电荷发生强烈的中和,出现极大的电流并发出光和声,这就是
雷电的主放电阶段。主放电阶段存在的时间极短,一般约,电流可达数十万安。主放电阶段结束
!" # $""!%
后,雷云中的残余电荷继续经放电通道入地,称为余辉阶段。余辉电流为$"" # $"""&,持续时间一般为"’"(
# "’$!%。雷云放电波形,见图($ ) $。
图($ ) $ 雷云放电波形图
由于雷云中可能同时存在着几个电荷聚集中心,所以第一个电荷聚集中心完成对地的放电后,紧接着第
二个、第三个电荷聚集中心也可能沿第一次放电通道再次中和放电。因此雷云放电经常出现多重性,常见的
为* # ( 次,每次的放电间隔时间从几百微秒到几百毫秒不等,放电电流都比第一次小得多,且逐次减小。
雷电对电力系统而言,是一种极大的威胁。根据英国、美国、前苏联电力部门的统计数字,在所有电力系
统中,破坏正常运行的事故,有!"+ # ,"+是由于大气过电压引起的。
(二)雷电的种类
雷电的种类可分为直击雷、感应雷、雷电波侵入及球雷四种。
$’直击雷
有时雷云较低,周围又没有带异性电荷的云层,而在地面上突出的树木或建筑物等,感应出异性电荷,雷
云就会通过这些物体与大地之间直接放电,这种直接击在建筑物或其他物体的雷击,称为直击雷。
由于受直接雷击,被击物体产生很高的电位,而引起过电压,流过的雷电流可达几十千安甚至几百千安,
对设备、架空线及建筑物产生极大的破坏作用,如架空线上产生几千千伏的高压后,会引起线路的闪络放电,
发生短路事故,而且会波及变电所、发电厂,引起严重的后果。
雷击放电大多数具有“重复放电”的性质。产生极大的雷电流,引起地面建筑