1、雷电与防护技术基础湖南省气象局湖南省气象局 2012014 4年年5 5月月11.1.为什么要研究雷电与防护技术为什么要研究雷电与防护技术？雷暴活动频繁+雷电灾害严重2.2.雷电：什么是雷电？雷电如何产生？雷电：什么是雷电？雷电如何产生？形成+分类+危害3.3.雷电防护：有哪些技术？如何雷电防护：有哪些技术？如何进行防护进行防护？风评+技术评价+预警+检测内 容2参考书雷电学原理陈渭民雷电与防护技术基础肖稳安、张小青 GB50057-2010建筑防雷与接地技术张小青雷电与人工引雷汪道洪现代防雷技术基础虞昊 关象石等3雷暴活动频繁雷电灾害严重雷电灾害分布雷电灾害防御难度很大在一定程度上避免或者减
2、少雷电带来的损失p PS：气象防雷20年发展历程回顾1.为什么要研究雷电与防护技术？41.为什么要研究雷电雷电与防护技术？5（1）、雷暴活动频繁我国地处温带和亚热带地区，雷暴活动十分频繁，雷电雷暴活动十分频繁，雷电灾害发生频次多、范围广、危害严重、社会影响大，严重威灾害发生频次多、范围广、危害严重、社会影响大，严重威胁着人民生命财产安全。胁着人民生命财产安全。1 1、为什么要研究雷电与防护技术？、为什么要研究雷电与防护技术？6p 22 22个省（区、市）个省（区、市）年最多雷暴日年最多雷暴日在在5050天以上，最多的达天以上，最多的达150150天；天；7p1010个省（区、市）个省（区、市）
3、年平均雷暴日年平均雷暴日超过超过4040天，最多的超天，最多的超100100天。天。81 1、为什么要研究雷电与防护技术？、为什么要研究雷电与防护技术？（2）、雷电灾害严重根据近根据近3030年的雷电统计资料分析，我国雷暴日天数变化年的雷电统计资料分析，我国雷暴日天数变化不大，但是雷电灾害造成的经济损失日益严重。不大，但是雷电灾害造成的经济损失日益严重。据不完全统计，据不完全统计，1999-20081999-2008年的年的1010年间，全国因雷击造成年间，全国因雷击造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害事故就有直接经济损失在百万元以上的雷电灾害事故就有390390多起多起，每，每年因雷电灾害
4、造成人员年因雷电灾害造成人员伤亡数千人伤亡数千人。20112011年湖南省共发生雷电灾害年湖南省共发生雷电灾害7272起，其中发生在农村的雷灾起，其中发生在农村的雷灾4343起。雷灾共造成起。雷灾共造成5 5人死亡、人死亡、1212人受伤，经济损失严重。人受伤，经济损失严重。雷电灾害涉及电力、通信、石化、交通、金融等各行各雷电灾害涉及电力、通信、石化、交通、金融等各行各业以及千家万户业以及千家万户91.为什么要研究雷电雷电与防护技术？村民在瓜地遭雷击身亡村民在瓜地遭雷击身亡村民遭雷击村民遭雷击村民遭雷击身亡村民遭雷击身亡麻阳舒家村乡舒某家雷击致麻阳舒家村乡舒某家雷击致3人死亡人死亡雷灾造成造成
5、人员伤亡人员伤亡101.为什么要研究雷电雷电与防护技术？雷灾造成造成大量的经济损失大量的经济损失大鲸港镇玉银纸业公司因大鲸港镇玉银纸业公司因雷击导致火灾雷击导致火灾永兴花炮厂因雷击导致爆炸永兴花炮厂因雷击导致爆炸军工硝制造有限公司遭雷击军工硝制造有限公司遭雷击电力设备因雷击受损电力设备因雷击受损11德国法兰克福ELELTRA WUBA保险公司Statistics of damage 1994Analysis of the Wuba ttembergische Assurance Company05101520253035Surge voltage/indir.strike过电压/雷击Drop/
6、摔损Burglary/破门盗窃Negligence/过失，失职Short circuit/短路Water/水害Fire/火灾Theft out of cars偷窃机动车Other/其它 11.1%9.3%8.7%4.3%3.6%3.4%2.2%23.6%33.8%121 1、为什么要研究雷电与防护技术？、为什么要研究雷电与防护技术？（3）、雷电灾害时空分布特点（3个90%）90%90%以上的雷灾以上的雷灾经济损失经济损失发生在发生在城市的各行业部门城市的各行业部门，主要分布在主要分布在华东和华南华东和华南等经济发达地区；等经济发达地区；90%90%以上雷击以上雷击伤亡事故伤亡事故发生在发生在农
7、村农村地区；地区；汛期是雷电灾害事故的高发期，汛期是雷电灾害事故的高发期，4 49 9月月间发生的雷间发生的雷灾起数和雷击伤亡人数均占全年总数的灾起数和雷击伤亡人数均占全年总数的90%90%以上（重大以上（重大人员伤亡和重大直接经济损失）。人员伤亡和重大直接经济损失）。13全国雷电灾害事故在各地区的分布图14图图4：1997年年2006年全国雷击伤亡事故年变化图年全国雷击伤亡事故年变化图 19971997年年20062006年全国雷击伤亡事故年变化图年全国雷击伤亡事故年变化图4949月闪电多，雷灾事故多！月闪电多，雷灾事故多！15雷电灾害行业分布图雷电灾害行业分布图（电力、通信、计算机系统、广
8、电等行业受损严重！）（电力、通信、计算机系统、广电等行业受损严重！）16雷击伤亡事故发生地分布图雷击伤亡事故发生地分布图（伤亡发生在农田最多）（伤亡发生在农田最多）雷击伤亡事故人群分布图雷击伤亡事故人群分布图（农民伤亡最多（农民伤亡最多 ）17（4）、雷电灾害防御难度很大 受灾面的改变：受灾面的改变：从从电力、建筑电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天、航空、国防邮电通信、计特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天、航空、国防邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；算机、电子工业、石油化工、金融证券等；入
9、侵方式的改变：入侵方式的改变：从一、二维空间入侵变为从一、二维空间入侵变为三维空间三维空间入侵。由于入侵。由于微电微电子技术子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏，的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏，LEMPLEMP造造成微电子设备的失控或者损坏。成微电子设备的失控或者损坏。造成损失和危害程度的改变：造成损失和危害程度的改变：它袭击的对象本身的直接经济损失有时它袭击的对象本身的直接经济损失有时可能并不太大，但由此产生的可能并不太大，但由此产生的间接经济损失和影响间接经济损失和影响却难以估计。却难以估计。181.为什么要研究雷电与防护技术？因此，电子时代防雷减灾
10、工作更重要、更迫切、也因此，电子时代防雷减灾工作更重要、更迫切、也更复杂！如何适应雷电防御已从更复杂！如何适应雷电防御已从直击雷防护直击雷防护到到系统防系统防护护的转变，要求我们站到历史时代的新高度来认识和的转变，要求我们站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。19 防雷减灾工作防雷减灾工作事关经济社会发展事关经济社会发展 事关人民安全福祉事关人民安全福祉 事关社会和谐稳定事关社会和谐稳定各级气象部门各级气象部门必须以很强的使命感、责任感，组织必须以很强的使命感、责任感，组织做好雷电灾害防御做好雷电灾害防御1.
11、为什么要研究雷电与防护技术防护技术？防护技术：防护技术：能在一定程度上避免或者减少雷电带来的损失（思考：结合工作实际和身边个例）201.1.为什么要研究雷电与防护技术为什么要研究雷电与防护技术？雷暴活动频繁+雷电灾害严重2.2.雷电：什么是雷电？雷电如何产生？雷电：什么是雷电？雷电如何产生？形成+分类+危害3.3.雷电防护：有哪些技术？如何雷电防护：有哪些技术？如何进行防护进行防护？风评+技术评价+预警+检测内 容21 第一节 雷电的形成1 1、雷电形成的、雷电形成的三个基本条件三个基本条件：空气中必须有足够的空气中必须有足够的水汽水汽；有使潮湿水气强烈有使潮湿水气强烈上升的气流上升的气流；有
12、使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象气象条件条件。22雷电形成的基本理论雷电形成的基本理论v 雨滴分裂论雨滴分裂论当潮湿水气上升到高空，由于高空气温较低，在上升气流运动当潮湿水气上升到高空，由于高空气温较低，在上升气流运动过程中逐渐凝结增大，形成小水滴。过程中逐渐凝结增大，形成小水滴。由于上升气流的不稳定，水滴在运动过程中相互摩擦、碰撞分由于上升气流的不稳定，水滴在运动过程中相互摩擦、碰撞分裂形成大小不等的水珠，使得大水珠带正电荷，小水珠带负电荷。裂形成大小不等的水珠，使得大水珠带正电荷，小水珠带负电荷。小水珠质量轻被上升气流带到上层云层，大水珠质量重则留在小
13、水珠质量轻被上升气流带到上层云层，大水珠质量重则留在下层或降落到地面，这样便形成了下层或降落到地面，这样便形成了带电荷云层的分离过程带电荷云层的分离过程。当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，形成雷电形成雷电。（实验证明：水滴分裂时，确实大水珠带正电荷，小水珠带负（实验证明：水滴分裂时，确实大水珠带正电荷，小水珠带负电荷这一理论；分裂水滴所需气流的速度为电荷这一理论；分裂水滴所需气流的速度为3-8m/s3-8m/s这正是雷云中这正是雷云中上升气流的速度）上升气流的速度）23 距地面距地面8080公里左右的电离层具有一定的导电
14、能力，而且公里左右的电离层具有一定的导电能力，而且是带正电荷的，而大地是带负电荷，故形成比较稳定的大气电是带正电荷的，而大地是带负电荷，故形成比较稳定的大气电场。在电离层和地这两个带电导体中间被不导电的大气所绝缘，场。在电离层和地这两个带电导体中间被不导电的大气所绝缘，形成一个电容器。使处于其中的云层上端带负电荷，下端带正形成一个电容器。使处于其中的云层上端带负电荷，下端带正电荷，即发生极化，从而为闪电提供有力条件。电荷，即发生极化，从而为闪电提供有力条件。电场极化论电场极化论24 由于宇宙射线和太阳黑子爆炸，近地大气中形成带有由于宇宙射线和太阳黑子爆炸，近地大气中形成带有一定量的游离子，其中
15、正离子较重（约为电子的一定量的游离子，其中正离子较重（约为电子的20002000倍）不倍）不大活动，而负离子则活动性较大，在大气电场和上升气流的大活动，而负离子则活动性较大，在大气电场和上升气流的作用下，负离子向上运动，正离子向下运动，形成上负下正作用下，负离子向上运动，正离子向下运动，形成上负下正离子层，有利于闪电的发生。离子层，有利于闪电的发生。离子积累离子积累25 3 3、雷击过程、雷击过程 当天空中有雷雨云的时候，因雷雨云带有大量的电荷，由于静电感应的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷雨云相反的电荷，当雷雨云与地面之间的电压高到一定的时候，雷雨云与地面上突出的物体之间就会
16、出现放电。26闪电的初始击穿：闪电的初始击穿：下部负电荷中心与其底部的正电荷中心附近局部地区的大气电场达到104v/cm左右时，则负、正电荷之间的云雾大气会被击穿，负电荷向下中和掉正电荷，这时从云层下部到云底部全部为负电荷区。先导注流：先导注流：随大气电场的进一步加强，进入起始击穿的后期，电子与空气的分子发生碰撞，形成天空中带电的雷雨云的云粒（或水成物）向地面延伸，在雷雨云下形成从云层向下的流光，表现为一条暗淡的光柱，即先导注流。也叫注流先导，如右图。27闪电通道：闪电通道：注流先导不断地向地面发展过程是一电离过程，在电离过程中生成成对的正、负离子，其正离子被云中向下输送的负电荷不断中和。从而
17、形成多枝状的充满负电荷（对负地闪）的通道，其中有一枝是充满负电荷（对负地闪）的主通道，称为电离通道或闪电通道，简称为通道。28雷击分枝状的放电主通道到达地面，或与大地放电迎面会合以后，就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电，这就是雷击。29空间位置晴天放电雷云闪电云内闪电云际闪电云地闪电云地闪电形状线状闪电带状闪电片状闪电链状/联珠状闪电球状闪电声音有声闪电无声闪电 还有多种分类方式，在此只详细介绍下这三类，并重点说明云地闪/地闪30云内闪电 在同一块云中，不同云区带有正负不同的电荷，在正负荷电区之间的电场达到可击穿强度时，在同一块云中同样可发生放电现象，此现象称之为云内闪电。31云际闪电
18、 当带有正负不同电荷的两块云之间的电场达到可击穿强度时，在两块云之间发生的放电现象。32云地放电/地闪 发生在云层和大地之间的放电现象。33 根据先导和回击方向，可把闪电归纳为以下八种常见的闪电类型：l l：先导先导 r r：回击：回击 v v：发展方向：发展方向vlrllrrrvvv1bl1a 2a 3a 4a 2b 3b 4b 云地间放电形成的先导若是从云层内的电荷中心伸向地面，又称之为向下先导。若是从地面伸向云层的，又称之为向上先导；只沿着先导方向发生中和的闪电，称之为无回击闪电。当发生先导放电之后，还出现逆先导方向放电的现象，称为有回击闪电。34 第一类地闪第一类地闪：具有向下先具有向
19、下先导和向上回击，云中负荷电导和向上回击，云中负荷电中心与大地和地物间的放电中心与大地和地物间的放电过程，具有负闪电电流，因过程，具有负闪电电流，因此，简称为此，简称为向下负先导负地向下负先导负地闪；闪；如果负先导不着地，则如果负先导不着地，则就无回击，此时只有图就无回击，此时只有图1a1a所所示的过程，云空放电。如果示的过程，云空放电。如果负先导着地，则就产生回击，负先导着地，则就产生回击，将云中的部分电荷泄放到大将云中的部分电荷泄放到大地，若该过程只一次为单闪地，若该过程只一次为单闪击闪电（图击闪电（图1b1b），若重复多），若重复多次为多闪击闪电。次为多闪击闪电。向下负先导负地闪向下负先
20、导负地闪（l 先导，先导，r-回击，回击，v 发展方向发展方向）35 第二类地闪：第二类地闪：具有向上正具有向上正先导的云中负荷电中心与大地先导的云中负荷电中心与大地和地物间的放电过程，具有负和地物间的放电过程，具有负闪电电流。它又分下面两种情闪电电流。它又分下面两种情况：况：图图2a 2a，先导带正电向上，先导带正电向上，放电一般始于高耸的接地体放电一般始于高耸的接地体（塔尖或山顶），具有向上正（塔尖或山顶），具有向上正先导而无回击，简称为先导而无回击，简称为向上正向上正先导连续负放电先导连续负放电。若对于图若对于图2b2b，先导带正电，先导带正电向上，和向下回击，称之为向上，和向下回击，称
21、之为向向上正先导负地闪上正先导负地闪，如果其后有，如果其后有随后闪击，称之随后闪击，称之向上正先导多向上正先导多闪击负地闪。闪击负地闪。向上正先导负地闪向上正先导负地闪（l 先导，先导，r-回击，回击，v 发展方向发展方向）36 第三类地闪：第三类地闪：云中荷正电，云中荷正电，具有向下正先导和向上回击，具有向下正先导和向上回击，云中正电荷中心与大地和地物云中正电荷中心与大地和地物间放电过程具有正闪电电流，间放电过程具有正闪电电流，简称为简称为向下正先导正地闪。向下正先导正地闪。图图3a 3a，向下正先导不着地，向下正先导不着地，于是产生云空放电过程。于是产生云空放电过程。图图3b 3b，向下正
22、先导着地，向下正先导着地，引起向上正回击，泄放云中的引起向上正回击，泄放云中的正电荷到大地，这一类在山地正电荷到大地，这一类在山地区少见，在湖边可见到。区少见，在湖边可见到。向下正先导正地闪向下正先导正地闪（l 先导，先导，r-回击，回击，v 发展方向发展方向）37 第四类地闪：第四类地闪：云中荷正电，具云中荷正电，具有向上负先导的云中正电荷中心与大有向上负先导的云中正电荷中心与大地和地物间的放电过程，具有正闪电地和地物间的放电过程，具有正闪电电流。电流。图图4a 4a，向上先导始于高耸的高，向上先导始于高耸的高层建筑的尖顶，这类地闪也有以有无层建筑的尖顶，这类地闪也有以有无回击而细分为回击而
23、细分为A A型和型和B B型。型。A A型地闪具有向上先导而无回击型地闪具有向上先导而无回击的放电过程，只是在先导后出现持续的放电过程，只是在先导后出现持续时间约几百毫秒，持续电流为几百安时间约几百毫秒，持续电流为几百安的放电过程，简称为的放电过程，简称为向上负先导正地向上负先导正地闪。闪。B B型地闪具有向上先导和向下回型地闪具有向上先导和向下回击的放电过程，简称击的放电过程，简称向上负先导连续向上负先导连续正电流闪电正电流闪电。向上正地闪多为单闪击。向上正地闪多为单闪击地闪。地闪。向上负先导正地闪向上负先导正地闪（l 先导，先导，r-回击，回击，v 发展方向发展方向）38小结 地闪根据闪电
24、流方向，分为：（1）正地闪：闪电电流为正（向下）的称正地闪；（2）负地闪：闪电电流为负（向上）的为负地闪；地闪根据先导方向，分为：（1）向下先导：由云向下地面发展的先导；（2）向上先导：由地面向云中发展的先导。39线状闪电线状闪电 我们常见的通常是线状闪电，一我们常见的通常是线状闪电，一般是一种蜿蜒曲折枝杈般是一种蜿蜒曲折枝杈纵横的巨型电气火花，纵横的巨型电气火花，长长2 23 3公里，也有长达公里，也有长达1010公里公里的，是的，是闪电中较强烈的一种。闪电中较强烈的一种。线状闪电大多是雷云与大地间的放电线状闪电大多是雷云与大地间的放电（约（约50 50 70%70%以以上）上），也有雷云之
25、间的放电。这种闪电可以同时击在不同的也有雷云之间的放电。这种闪电可以同时击在不同的地方，一般分为前导放电和主放电等阶段。地方，一般分为前导放电和主放电等阶段。线状闪电对电力、电讯系统及人畜和建筑物等威胁最大。线状闪电对电力、电讯系统及人畜和建筑物等威胁最大。带状闪电带状闪电 与线状闪电相似，只是亮的通道比较宽，看上去好像一与线状闪电相似，只是亮的通道比较宽，看上去好像一条较亮的亮带。条较亮的亮带。40片状闪电片状闪电 是出现在云的表面上的闪光，它有时可能是被云块遮没的火是出现在云的表面上的闪光，它有时可能是被云块遮没的火花闪电的延光，也可能是在云的上部发出来的丛集的、若隐若花闪电的延光，也可能
26、是在云的上部发出来的丛集的、若隐若现的一种特殊的放电作用的光。现的一种特殊的放电作用的光。这种闪电，表示云中电场的能量虽然已经足够产生放电，但这种闪电，表示云中电场的能量虽然已经足够产生放电，但是新加入的电量却太少，以致在闪烁放电尚未转变到火花（线是新加入的电量却太少，以致在闪烁放电尚未转变到火花（线状）放电以前，原有的储电量已经用完了，仅仅伴随有片状闪状）放电以前，原有的储电量已经用完了，仅仅伴随有片状闪电的雷暴，是一种较弱放电现象，通常会对电力系统引入日较电的雷暴，是一种较弱放电现象，通常会对电力系统引入日较弱的感应过电压。弱的感应过电压。41链形闪电链形闪电/联珠状闪电联珠状闪电：比较罕
27、见，是一条发光的虚线比较罕见，是一条发光的虚线 ，一条链子一样，在云与大地间放，一条链子一样，在云与大地间放 电或云与云间放电时均可能出现。电或云与云间放电时均可能出现。似乎是介于线状闪电与球形闪电之似乎是介于线状闪电与球形闪电之 间的一种过渡形式。间的一种过渡形式。42球形闪电球形闪电 是最奇妙、最罕见和最神秘莫测的一种闪是最奇妙、最罕见和最神秘莫测的一种闪电，由拳头般大小到足球那样大的球形发光体电，由拳头般大小到足球那样大的球形发光体所组成，活动速度不大，可以看到移动，它走所组成，活动速度不大，可以看到移动，它走的路径极不规则，往往与风向一致，它出现时，的路径极不规则，往往与风向一致，它出
28、现时，常有尖哨声或嗡嗡声，有时会安然地消失，但常有尖哨声或嗡嗡声，有时会安然地消失，但有时也会发生恐怖的爆炸。它消失时，往往留有时也会发生恐怖的爆炸。它消失时，往往留下具有刺激性的轻烟雾。下具有刺激性的轻烟雾。球形闪电存在的时间可由几秒到几分钟，球形闪电存在的时间可由几秒到几分钟，它能在一个地方停留一些时候，一面冒烟，一它能在一个地方停留一些时候，一面冒烟，一面发出火花，目前，国际上对于球形闪电也还面发出火花，目前，国际上对于球形闪电也还没有很完善的解释，科学家们仍在研究中。没有很完善的解释，科学家们仍在研究中。43无声闪电 最常出现的一种无声放电是被称为“爱尔马圣火”。由于暴风雨等原因，大气
29、中的电场强度大大地增长起来，在地球面的突出物体附近，电场强度很容易达到30kV/cm的强度，导致在突出部分发生静寂放电。这是一种非雷云与大地间放电和没有雷声的闪电现象，实际上就是尖端电晕放电。放电时，突出物周围会呈现出冒烟状或光膜状。当电场强度很强时，就会形成单独束状放电，由物体周围放射出来。这种放电现象对电讯系统有干扰。44有声闪电有声闪电 除了是一种明亮的电气火花以外，同时还伴有强大的响除了是一种明亮的电气火花以外，同时还伴有强大的响声，这就是雷声。声，这就是雷声。PSPS：因光速声速，所以一般先看到闪电再因光速声速，所以一般先看到闪电再听见声音。听见声音。雷声的大小与闪电的强弱相关，由于
30、空气在温度高达雷声的大小与闪电的强弱相关，由于空气在温度高达1000010000左右的闪电通道中突然强烈的受热和随之而起的急速左右的闪电通道中突然强烈的受热和随之而起的急速冷却，致使空气因急速膨胀和压缩的振动而发生响声；同时，冷却，致使空气因急速膨胀和压缩的振动而发生响声；同时，也是水和空气在高电压（火花）的作用下分解所产生的瓦斯爆也是水和空气在高电压（火花）的作用下分解所产生的瓦斯爆炸时发出的声音。由于爆炸波的特性、多次放电和声音来回反炸时发出的声音。由于爆炸波的特性、多次放电和声音来回反射等关系，雷声隆隆不绝，云间放电时，雷声延续的时间比云射等关系，雷声隆隆不绝，云间放电时，雷声延续的时间
31、比云与大地间放电的时间短。一般一次闪电的雷声平均延续时间约与大地间放电的时间短。一般一次闪电的雷声平均延续时间约30403040秒，在个别场合下可达到秒，在个别场合下可达到1 1分钟。分钟。45第二章 雷电流 雷击产生的雷电流的大小（强度）与地理位置、地质条件、季节和气象等许多因素有关。一般平原地区比山地雷电流大，正闪击比负闪击大，第一闪击比随后闪击大。研究资料表明：各次雷击闪电电流大小和波形差别很大，尤其是不同种类放电差别更大。这说明雷电流的大小和雷电流的波形是描述雷电流特征的重要参数。46 如图，先由纵轴上的0.1、0.9、和 1.0 三个刻度作三条横轴的平行线，前两条平行线分别与波形曲线
32、的头部分别相交于A、B两点，过A、B两点作一条直线,该直线与第三条平行线和横轴分别相交于C、D 两点，由C点引横轴的垂线,其垂足E点与 D点之间的时间即定义为 波头时间,用 t1 表示。为了定义波长时间,再由纵轴上0.5刻度作横轴的平行线,该平行线与 波形曲线的波尾部分相交于F点,从 F点引 横轴的垂线,垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用t2表示.由于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间,它习惯上也被称 为半幅值时间。在定义了波头和波长时间后,单极性雷电流脉冲波形可计为t1/t2,这里t1和t2一般采用s作单位。图2-1 雷电波形的画法雷电流的波形47首次及雷击的雷电流参量首
33、次及雷击的雷电流参量 第一、第二、第三类防雷建筑物首次雷电流幅值分别为第一、第二、第三类防雷建筑物首次雷电流幅值分别为 200 kA200 kA、150 kA 150 kA、100 kA 100 kA，其雷电流陡度，其雷电流陡度di/dtdi/dt分别为分别为 20 20 kA/skA/s、15 kA/s 15 kA/s、10 kA/s 10 kA/s。48后续雷击的雷电流参量49长时间雷击的雷电流参量长时间雷击的雷电流参量50 第三章第三章 雷电的危害雷电的危害51主要是雷击时，雷电流通过载流导体产生电动力的破坏作用雷电流通过载流导体产生电动力的破坏作用。由电磁学可知，在载流导体周围的空间存
34、在着磁场，而磁场中的载流导体又会受到电磁力的作用。由安培定则(也叫右手螺旋定则)可知两根载有相同方向电流的长直导体，相互吸引，而载有相反方向电流的长直导体，将相互排斥。这是由于在这两根平行载流导体之间存在着电磁力的相互作用，这种作用力称为电动力。因此，由于雷电流强度很大(数十至上百千安)，在雷电流的作用下，载流导体就有可能会变形，甚至会被折断。载流导体就有可能会变形，甚至会被折断。第一节 直击雷的危害电效应电效应及其危害52 在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以在雷击点局部范围内产生高达600010000C，甚至更高的温度，能够使金
35、属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线路熔断线路熔断。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。热效应热效应及其危害53机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式：一是雷电一是雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力;二是雷电二是雷电流的冲击波效应流的冲击波效应。（1）雷击产生的内压力内压力及其危害由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，在雷击与树木或建筑构建时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时大量热量。在短时间内热量来不及散发
36、出去，以致使这些内部的水分被大量蒸间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌。机械效应机械效应及其危害54（2）雷击产生的冲击波效应冲击波效应及其危害云对地放电过程中的回击阶段，放电通道中既有强烈的空气游离，又有强烈的异性电荷中和，通道中瞬时温度非常高，这使得通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。周扩散，从而形成冲击波。同时，通道外围附近的冷空气被严重压缩，在冲击波波前到达的地方，
37、空气的密度、气压和温度都会突然增大，产生的冲击波是类似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到破坏或伤害。冲击波向外传播的速度远大于声波，但很快就会衰减，转化为声波，于是人们就能够听到雷鸣声。机械效应机械效应及其危害55 雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围，它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚至造成人员伤亡，因此，在防雷设计中，一直受到关注。雷电的静电感应 第二节 雷击电磁脉冲的危害56在建筑物顶部金属体上的静电感应在架空线路上的静电感应雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物顶部的金属体
38、上部和架雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物顶部的金属体上部和架空线路上将出现反极性的感应电荷空线路上将出现反极性的感应电荷57电磁感应585960直击雷和雷电电磁脉冲侵害的原因直击雷和雷电电磁脉冲侵害的原因被保护系统的屏蔽差；被保护系统的屏蔽差；没有采取等电位连接措施；没有采取等电位连接措施；综合布线不合理；综合布线不合理；接地不规范；接地不规范；没有安装浪涌保护器没有安装浪涌保护器SPDSPD；安装的浪涌保护器安装的浪涌保护器SPDSPD不符合规范的要求等；不符合规范的要求等；611.1.为什么要研究雷电与防护技术为什么要研究雷电与防护技术？雷暴活动频繁+雷电灾害严重2.2.雷电：什么
39、是雷电？雷电如何产生？雷电：什么是雷电？雷电如何产生？形成+分类+危害3.3.雷电防护：有哪些技术？如何雷电防护：有哪些技术？如何进行防护进行防护？风风评评+技术评价技术评价+预警预警+检测检测内 容62气象防雷气象防雷2020年发展历程回顾年发展历程回顾p 起步：上世纪八十年代未，气象部门涉及防雷装置检测服务，其中安徽、上世纪八十年代未，气象部门涉及防雷装置检测服务，其中安徽、广东、上海、湖南是开展防雷装置检测较早的省、市，此阶段未成立专门广东、上海、湖南是开展防雷装置检测较早的省、市，此阶段未成立专门的防雷技术服务机构。的防雷技术服务机构。p 开拓：上世纪九十年代中、后期，大多数气象台站均
40、开展了防雷服务，上世纪九十年代中、后期，大多数气象台站均开展了防雷服务，并积极拓展新的防雷技术服务项目和服务领域并积极拓展新的防雷技术服务项目和服务领域p平稳发展：本世纪初，社会各界逐步关注和重视防雷减灾工作，气象部本世纪初，社会各界逐步关注和重视防雷减灾工作，气象部门开始探索面向全社会的防雷减灾管理模式门开始探索面向全社会的防雷减灾管理模式p快速发展：20042004年年20072007年，此阶段的防雷工作得到全面快速的发展，并年，此阶段的防雷工作得到全面快速的发展，并逐步实现了防雷社会管理与技术服务的分离。防雷减灾的服务内容从防雷逐步实现了防雷社会管理与技术服务的分离。防雷减灾的服务内容从
41、防雷装置检测、防雷工程设计与施工拓展到新建防雷装置设计技术评价和施工装置检测、防雷工程设计与施工拓展到新建防雷装置设计技术评价和施工质量检测，并逐步开展了质量检测，并逐步开展了雷电监测、预警预报、风险评估和雷电灾害调查雷电监测、预警预报、风险评估和雷电灾害调查与鉴定与鉴定。气象主管机构开展了防雷资质认定、防雷装置设计审核和竣工验。气象主管机构开展了防雷资质认定、防雷装置设计审核和竣工验收行政许可工作。气象防雷管理与服务体系已基本形成。收行政许可工作。气象防雷管理与服务体系已基本形成。p 依法发展：近年，防雷法规、标准体系不断健全，现代雷电业务体系逐近年，防雷法规、标准体系不断健全，现代雷电业务
42、体系逐步完善，全社会依法防雷、科学防雷的意识不断增强，防雷减灾工作正在步完善，全社会依法防雷、科学防雷的意识不断增强，防雷减灾工作正在步入依法、科学发展的阶段步入依法、科学发展的阶段63 从从防护技术防护技术的视角看发展：的视角看发展：直击雷的防护直击雷的防护：1754年前后，富兰克林、罗蒙诺索夫等一批欧美学者用试验证实了“雷就是电”，并发明了用接闪器、引下线和接地装置组成的外部防雷装置拦截闪电。250多年的实践证明，LPS是迄今唯一有效和广泛使用的直击雷防护装置。雷电波侵入的防护雷电波侵入的防护：1876年贝尔发明电话后，架空电话线屡遭雷击促使防雷保安器的研制成功；1882年纽约首次实现供配
43、电后，供电线路和电气设备的大量遭雷击又促使了电力系统防雷的研究。雷电电磁脉冲的防护雷电电磁脉冲的防护：20世纪中叶以后，微电子技术和超大规模集成电路的广泛应用和普及，LEMP可能损坏大范围的电子系统，并造成更大的损失。64现代防雷技术：防直击雷（外部防雷装置）防感应雷（内部防雷装置）包括屏蔽、等电位连接、过电压保护、综合布线等措施、手段）系统（综合）防护防御体系65 从从政策法规政策法规的视角看发展：的视角看发展：66672010年1月20日国务院第98次常务会议通过气象灾害防御条例气象灾害防御条例对加强和做好雷电灾害防御工作做出对加强和做好雷电灾害防御工作做出了具体的规定。了具体的规定。期间
44、，各地纷纷出台地方性期间，各地纷纷出台地方性防雷法规或政府规章防雷法规或政府规章对防雷减灾工作提出了更具操作性、对防雷减灾工作提出了更具操作性、更适应地方需要的管理规定和要求。更适应地方需要的管理规定和要求。20062006年，国办下发年，国办下发2828号明电号明电关于进一步做好防雷减灾工作的通知关于进一步做好防雷减灾工作的通知 明确要求明确要求“大力加强雷电监测网建设大力加强雷电监测网建设”、“依法管理和规范雷电灾害防护依法管理和规范雷电灾害防护”。20062006年年1 1月，国务院下发月，国务院下发3 3号文件号文件国务院关于加快气象事业发展的若干意见国务院关于加快气象事业发展的若干意
45、见 提出六点要求：重视防雷工作、做好提出六点要求：重视防雷工作、做好雷电天气预测预报、落实防雷安全措雷电天气预测预报、落实防雷安全措施、加强防雷管理、做好雷灾应急处施、加强防雷管理、做好雷灾应急处置、组织防雷知识宣传。置、组织防雷知识宣传。68 风险评估风险评估定义定义雷电灾害风险评估是根据项目所在地雷电活动时空分布特征及其灾害特征，结合现场情况进行分析，对雷电可能导致的人员伤亡、财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算，从而为项目选址、功能分区布局、防雷类别（等级）与防雷措施确定、雷灾事故应急方案等提出建设性意见的一种评价方法。通过雷电灾害风险评估可为评估对象提供雷电防护的科学设计、灾害风
46、险控制、经济投资、应急管理等方面服务，保证防雷工程安全可靠、技术先进、经济合理。雷电灾害风险评估是开展综合防雷的必经程序，也是实现科学防雷的必要条件，体现了预防为主，防治结合的理念。69分类分类预评估、现状评估1 1、预评估、预评估是根据建设项目初步规划的建筑物参数、选址、总体布局、功能分区分布，结合当地的雷电资料、现场的勘察情况，对雷电灾害的风险量进行计算分析，给出选址、功能布局、重要设备的布设、防雷类别及措施、风险管理、应急方案等建议，为项目的可行性论证、立项、核准、总平规划等提供防雷科学依据。2 2、现状评估、现状评估是对一个评估区域、评估单体现有的雷电防护措施进行雷电灾害风险量的计算分
47、析，给出现有雷电防护措施是否能将雷电灾害的风险量控制在国家要求的范围内，给出科学、经济和安全的整改措施，提供风险管理、雷灾事故应急方案。风险评估风险评估70风险评估风险评估工作现状工作现状 雷击风险评估工作是我国目前开展的一项新兴业务，现雷击风险评估工作是我国目前开展的一项新兴业务，现阶段各省主要依据的是阶段各省主要依据的是GB21714/IEC62305GB21714/IEC62305风险管理中的风险管理中的部分方法，但部分方法，但GB21714/IEC62305GB21714/IEC62305仅针对仅针对单体建筑物单体建筑物，不，不能满足各类大中型建设项目需求，尤其能满足各类大中型建设项目
48、需求，尤其不能适用于危爆危不能适用于危爆危化、铁路、交通及大型构筑物等化、铁路、交通及大型构筑物等项目的区域雷击风险评估。项目的区域雷击风险评估。并且，评估结论并且，评估结论没有针对性没有针对性，不能有效体现，不能有效体现行业及项目的行业及项目的特殊性特殊性，也无法满足不同地理地质环境，不同雷电气象环，也无法满足不同地理地质环境，不同雷电气象环境及社会因素下开展雷评业务需求，严重制约了雷评业务境及社会因素下开展雷评业务需求，严重制约了雷评业务的长远发展。的长远发展。71风险评估风险评估我省情况我省情况 2008 2008年，通过对全国雷击风险评估业务工作的考察、调研，年，通过对全国雷击风险评估
49、业务工作的考察、调研，结合当前雷击风险评估工作的实际需求，湖南省防雷中心明确结合当前雷击风险评估工作的实际需求，湖南省防雷中心明确提出了提出了“区域雷击风险评估方法研究区域雷击风险评估方法研究”。通过与成都信息工程。通过与成都信息工程学院的共同研究，目前已完成了区域雷击风评估方法的研究，学院的共同研究，目前已完成了区域雷击风评估方法的研究，并对多个建设项目进行了实际应用效果检验。并对多个建设项目进行了实际应用效果检验。实践证明，有效针对实践证明，有效针对ICE62305ICE62305的不足之处，结合雷电环境、的不足之处，结合雷电环境、地域和承灾体特性分析，利用先进的数学方法构建的区域雷击地域
50、和承灾体特性分析，利用先进的数学方法构建的区域雷击风险评估方法，有力提高了雷击风险评估的风险评估方法，有力提高了雷击风险评估的科技内涵和创新能科技内涵和创新能力力。72湖南省通过近几年的业务运行，雷击风险评估业务取湖南省通过近几年的业务运行，雷击风险评估业务取得了一定的成绩，风险评估涉及得了一定的成绩，风险评估涉及易燃易爆、公路桥梁、轨道易燃易爆、公路桥梁、轨道交通、地铁、超高层建筑物交通、地铁、超高层建筑物等多个领域，尤为喜人的是，更等多个领域，尤为喜人的是，更有多家建设单位主动与湖南省防雷中心联系，积极请求对项有多家建设单位主动与湖南省防雷中心联系，积极请求对项目进行雷击风险评估。目进行雷
