高速铁路 防雷与综合接地技术
主要内容
雷电的起源及主要参数 雷电对高速铁路的危害 防雷措施与作用 高速铁路防雷技术的发展 综合接地技术
1、雷电的起源及主要参数
11、、大雷自电然的中产的生雷电活动
在全球范围内，雷电发生频率是很高的，任何 时刻大约有2000个地点遇上雷暴，每秒钟就有上百 次雷电，每天约有800多万次雷电，一年中平均发 生30多亿次雷电，每次闪电在微秒级的瞬间释放出 约55kW.h的能量。
几个参数： 回击电流可达 10 kA。 回击速度约 2 10 9 ~ 2 10 10 cm/s 回击通道直径约0.1 ~ 0.23 cm 回击通道温度可达 10000 0C 回击时间约60 us
4、雷电的种类
闪电的类型： 从闪电表面的形状分类，则可分为：
线状闪电 带状闪电 片状闪电 联珠状闪电 球状闪电
主放电过程：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，此时云中电荷通过主放电通道 流入大地，形成主放电。
3、雷电的产生
回击过程：当梯级先导与连接先导 会合，形成一股明亮的光柱，沿着梯 式先导所形成的电离通道由地面高速 冲向云中，这称为回击。
闪电的初始击穿： 在有积雨云存在的大 气中，积雨云的下部有一负电荷中心与其 底部的正电荷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 和掉正电和，这时从云层下部到云底部全 部为负电荷区。
3、雷电的产生
先导流注： 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 先导流注。
2、雷云的产生
温差起电说

冰块中同时存在氢离子（ H + ）和氢氧根
离子（ OH ），由于冰块两端温度不同，会产
生发生离子扩散现象。氢离子质量轻，扩散快，
冷端呈现带正电。在对流气流和重力的作用下，
形成雷（雨）云起电后的电荷分布。
2、雷云的产生
冻结起电说 在云层重有许多过冷水滴，当过冷水滴与霰粒碰撞
•森林火灾有50％以上因雷电引发； •人们居住生活的建筑物屡遭雷击破坏； • 电力、石化等工业设施常因雷击而发生灾难性事
故。
1、大自然中的雷电活动
1、大自然中的雷电活动
2、雷云的产生
感应起电说 温差起电说 冻结起电说 破碎起电说 电离起电说 摩擦起电说
2、雷云的产生
感应起电说 地球是一个带电的大电容，电离层带正电， 地壳表面带负电，带电量约为50万库仑。水滴（也 可能是冰晶、雹粒）在垂直大气电场中感应电荷， 下端为正、上端为负 ，与大气中上升的负离子的 电荷中和，使水滴带负电，形成雷（雨）云起电后 的电荷分布。
在 IEC 标 准 、 国 标 中 规 定 的 雷 击 测 试 波 形 主 要 有 ： 8/20us 、 10/350us （ 电 流 波 ） 、 10/700us 以 及 1.2/50us（电压波）等。
3）雷电流幅值

通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻(Ri≤
从闪电的空间位置分类，则可分为： 云内闪电 云际闪电 晴空闪电 云地闪电
云与大地之间的闪电简称地闪，对人类的关系最密切， 是防雷研究的主要对象
闪电的类型： 从闪电表面的形状分类，则可分为：
线状闪电 片状闪电 带状闪电 联珠状闪电 球状闪电
线状闪电
片状闪电
带 状 闪 电
链珠状闪电 球状闪电
雷电流标准波形
正 极 性 雷 电 流 波 形
负极性雷电流波形
2）标准波形
[英]R.H.Golde《雷电》一书的记载和近年来大量 的观测表明：
雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80-90%的雷 电流是负极性的，常见的负电流波形前沿呈拱形。
国外在圣萨尔瓦托山、纽约州府大厦、意大利和其 它高建筑物等观测点观测获得的电流波记录都显示出有相 似的拱形前沿，到达峰值雷电流的中值时间有的是5.5μ s， 有的是7μ s。
从闪电的空间位置分类，则可分为： 云内闪电 云际闪电 晴空闪电 云地闪电
云与大地之间的闪电简称地闪，对人类的关系最 密切，是防雷研究的主要对象

大地被雷击时，多数是负电荷从雷雨云向大地
放电，称之为负地闪；少数是正电荷从雷雨云向大地
放电，称之正地闪。
空间位置（性质）
晴天放电 雷云闪电
云内闪电 云际闪电 云地闪电
5、雷电的波形及主要参数
1、雷电流波形
1）波头时间及波长 雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到
峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的波头时间【T1】 是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间； 波长时间【T2】是指从零上升到峰值，然后下降到峰值 的一半的时间，又称为半峰值时间。由于在雷电流波的 起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和 到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1和视 在波长时间T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度， 一般记为T1 /T2，如下图所示：
时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴外 部立即冻成冰壳，但它的内部仍暂时保持着液态，并且由 于外部冻结放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度 比外面的冰壳高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带 上正电，内部带上负电。
3、雷电的产生
三个主要阶段： 先导产生阶段； 先导发展阶段； 通道形成及放电阶段；
几个参数： 每级通道变化范围约3 ~ 200 m 平均速度约 1.5 10 7 cm/s 间隙时间约 30 ~ 125 us 每一级的推进速度约 5 10 9 cm/s 通道直径约 1 ~ 10 m 每一级的击穿方向是不确定的折线
3、雷电的产生
闪电通道： 流注先导不断地向地 面发展，从而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。