第七章
雷电放电及防雷保护装置
雷电自然中最宏伟壮观的现象， 也是最普遍的现象之一，它对人 类的生活环境、工作条件等都造 成了很大的影响，因此对雷电的 研究和防护意义重大。
早在18世纪初，富兰克林等物理 学家已经揭示了“闪电就是电” 的本质，而随着物理学的进一步 发展，人们对雷电这一自然现象 有了更深刻的认识。
i I (1 cos t ) 2
(八)雷电的多重放电次数及总延续时间 有55％的对地雷击包含两次以上的重复冲击； 3 ～5次 冲击者有25%；10次以上者有4%。平均重复冲击次数取 3次。
(九)放电能量 A=QU=107V×20C ＝ 20×107W.s （200MW 秒），放电能量 不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。
雷电放电由带电荷的雷云引起

大多数的放电发生在雷云之间－不危险 少数的放电发生在雷云和大地之间－危险

对地放电的雷云大多数带负电荷 理解以下几点：

雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放
被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积 从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程

人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流

欧美雷电科学的建立
著名的风筝试验（17世纪，富兰 克林）： 240米长的缠绕钢丝的 麻绳上产生20cm的电火花 著 名 科 学 家 G W Richman （ 1711 － 1753 ） （彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡
高速摄影、记录示波器、雷电定向定位仪等现 代化测量技术（丰富人类对雷电的认识）
三、雷电参数
(一)雷电活动频度——雷暴日及雷暴小时 雷暴日 Td是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一 天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。 雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内 只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。 一个雷暴日折合 三个雷暴小时。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关 Td <15，少雷区；>40，多雷区；>90，强雷区 雷暴日和雷暴小时的统计中，并没有区分雷云之间的放电和 雷云对地的放电。但是，只有落地雷才有可能产生对电力系 统造成危害的过电压。
(二)地面落雷密度(
表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。 我国标准对Td ＝40的地区，取 ＝0.07
(三)雷道波阻抗（Z0） 雷电通道长度数千米，主放电时如同导体，类似于一条分 布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。 主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为 Z0的雷道投 射到雷击点的波过程。 我国有关规程建议取Z0≈ 300Ω
雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生 的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的 电磁效应、机械效应和热效应。 从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：
雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压， 它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因 之一 产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导 体熔断或通过电动力引起机械损坏。
I (kA/us) a 2.6
波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左右。
(七)雷电流的计算波形
在防雷计算中，按不同要求采用不同的计算波形 1、双指数波

3、斜角平顶波 i at(t T1 ) i aT 1 I (t T 1) 4、半余弦波
)和雷击选择性
(四)雷电的极性 负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大,防雷计算中 一般均按负极性考虑。
(五)雷电流幅值（ I ） 通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻(≤ 30Ω )的物体时流 过雷击点的电流。它近似等于电流入射波 I 的两倍，即
I 2I0
一般地区，雷电流幅值超过
0
I 的概率可按下式计算
I lg P 88
(六)雷电流的波前时间、陡度及波长 雷电流的波前时间 T1 处于 1 ～ 4us 的范围内，平均为 2.6us。波长T2 处于20～100us的范围内，多数为40us 左右。 我国防雷设计采用 2.6/40us 的波形；在绝缘的冲击高 压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us 雷电流波前的平均陡度
第一节 雷电过程与雷电参数
雷云的形成 雷电放电过程 雷电参数 雷电过电压的形成
一、雷云的形成
雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起电理论：
大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水 珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升。气流带往高空， 形成大片带负电的雷云。
雷云下部局部正电荷区。
二、雷电放电过程
雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。
负极性棒板 不能顺利向前发展
雷电放电过程 基本过程：先导放电阶段 ；主放电阶段；余辉放电阶段
先导放电：雷云中的电荷分布是不均匀的，当雷云中的 某个电荷密集中心的电场强度达到空气击穿场强 （25~30kV/cm，有水滴时仅为10kV/cm）时，空气便开始 电离，形成指向大地的一段电离的微弱导电通道； 主放电：先导靠近地面时，进入主放电阶段，强烈的电 荷中和过程，伴随着雷鸣和闪光。主放电的时间极短， 只有 50~100 微秒，放电发展速度 50~100m/ 微秒。电流幅 值高达数十甚至数百千安；
四、雷电过电压的形成
(一)雷电放电的计算模型
(二)直接雷击过电压 雷击于地面上接地良好的物体
U A IRi
雷击于导线或档距中央避雷线
U A 100I
(三)感应雷击过电压 雷击于线路附近大地或接地的线路杆塔顶部等，在绝 缘的导线上引起感应过电压。
余辉阶段：主放电完成后，云中剩余电荷沿着导电通道 开始流向大地，这一阶段称放电的余辉阶段，电流数百 安。
分级先导：多次先导 主放电的重复过程，每次间歇时
间为几十毫秒，放电次数一般为2~3次，最多为４０次
雷云中可能存在多个电荷中心，当第一个电荷中心完成上述 放电过程后，可能引起其他电荷中心向第一个中心放电，并 沿着第一次放电通路发展。