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雷电防护基本概念

发布时间:2014-07-11 编辑: 来源: 字号:

1 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,地面上的水分子受热变成水蒸气,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,微小的水滴往往带负电,微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,接近地面的带电云层会在大地表面感应出与云块电荷极性相反的电荷,当电场强度达到一定的阀值时,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的阀值时,即发生云层之间的放电。放电时伴随着强烈的电光和声音,这就是雷电现象。

大多数的雷电放电都是在雷云之间进行的,只有少数是对地进行的。相对雷云之间的放电,雷云对地的放电对地面物体的危害性更大。

研究雷云对地放电过程,可分为三个阶段:先导放电阶段、主放电阶段、余晖阶段。

(1)先导放电阶段

带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出异性的电荷,两者之间构成了一个巨大的空间电容器。雷云中或是在雷云与地面之间,电场强度各处不一样。当雷云中任何一电荷聚集中心处的电场强度达到25~30kV/cm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100~300m高度时,地面受感应而聚集的异性电荷更加集中,特别是易于聚集在较凸起或较高的地面凸出物上,于是形成了迎面先导,向空中的雷电先导快速靠近。在先导的头部实际上是由许多流注组成的游离区,先导放电就是依靠其头部的流注放电来维护的。

(2)主放电阶段

当雷电先导和迎面先导接触时,地面的异性电荷经过迎面先导通道中的电荷发生强烈中和,瞬间产生极大的电流并发出光和声,这就是雷电的主放电阶段。主放电阶段存在时间极短,一般约50~100μs,电流可高达数十万安培。

(3)余晖阶段

主放电阶段结束后,雷云中的残余电荷继续经放电通道泄放,称为余晖阶段。余晖电流一般为100~1000A,持续时间一般为0.03~0.15s。

由于雷云中可能同时存在几个电荷聚集中心,所以第一个电荷聚集中心完成对地的放电后,紧接着第二、第三个电荷聚集中心也可能沿着第一次放电通道再次中和放电。因此雷电放电经常出现多重性,常见的为2~3次,最多可达20次,每次的放电时间间隔从几百微秒到几百毫秒不等,相应的放电电流要比第一次小得多,一般不超过30kA,并且逐次减小。

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