雷電過程與雷電參數(shù)PPT課件

1、第1頁/共22頁第2頁/共22頁n 歐美雷電科學(xué)的建立著名的風(fēng)箏試驗(yàn)（17世紀(jì)，富蘭克林）： 240米長的纏繞鋼絲的麻繩上產(chǎn)生20cm的電火花著名科學(xué)家G W Richman（17111753）（彼得堡科學(xué)院院士）觀察雷電而死亡高速攝影、記錄示波器、雷電定向定位儀等現(xiàn)代化測量技術(shù)（豐富人類對雷電的認(rèn)識(shí)）第3頁/共22頁從電力工程的角度來看，最值得我們注意的兩個(gè)方面是： 雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一 產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十

2、、甚至數(shù)百千安，從而會(huì)引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。第4頁/共22頁 雷云的形成 雷電放電過程 雷電參數(shù) 雷電過電壓的形成第一節(jié) 雷電過程與雷電參數(shù)第5頁/共22頁雷云的形成機(jī)理獲得比較廣泛認(rèn)同的是水滴分裂起電理論：大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水沫被上升。氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。 雷云下部局部正電荷區(qū)。一、雷云的形成 第6頁/共22頁NoImageNoImage雷電放電就其本質(zhì)而言是雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長氣隙的火花放電一種超長氣隙的火花放電。 二、雷電放電過程負(fù)極性棒板不能順利向前發(fā)展第7頁/共22頁第8頁/共22

3、頁主放電：先導(dǎo)靠近地面時(shí)，進(jìn)入主放電階段，強(qiáng)烈的電荷中和過程，伴隨著雷鳴和閃光。主放電的時(shí)間極短，只有5010050100微秒，放電發(fā)展速度50100m/50100m/微秒。電流幅值高達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百千安；余輝階段：主放電完成后，云中剩余電荷沿著導(dǎo)電通道開始流向大地，這一階段稱放電的余輝階段，電流數(shù)百安。先導(dǎo)放電：雷云中的電荷分布是不均勻的，當(dāng)雷云中的某個(gè)電荷密集中心的電場強(qiáng)度達(dá)到空氣擊穿場強(qiáng)（2530kV/cm2530kV/cm，有水滴時(shí)僅為10kV/cm10kV/cm）時(shí)，空氣便開始電離，形成指向大地的一段電離的微弱導(dǎo)電通道；第9頁/共22頁w 分級先導(dǎo)：多次先導(dǎo) 主放電的重復(fù)過程，每次間歇

4、時(shí)間為幾十毫秒，放電次數(shù)一般為2323次，最多為次雷云中可能存在多個(gè)電荷中心，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電荷中心完成上述放電過程后，可能引起其他電荷中心向第一個(gè)中心放電，并沿著第一次放電通路發(fā)展。第10頁/共22頁 理解以下幾點(diǎn)：雷云對地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放被擊物體的電位取決于雷電流和被擊物體阻抗的乘積從電源性質(zhì)看，相當(dāng)于一個(gè)電流源的作用過程人們能夠測知的電量，重要是流過被擊物體的電流雷電放電由帶電荷的雷云引起u大多數(shù)的放電發(fā)生在雷云之間不危險(xiǎn)u少數(shù)的放電發(fā)生在雷云和大地之間危險(xiǎn)對地放電的雷云大多數(shù)帶負(fù)電荷第11頁/共22頁( (一) )雷電活動(dòng)頻度雷暴日及雷暴小時(shí) 雷暴日T Td d是一年中發(fā)

5、生雷電的天數(shù)，以聽到雷聲為準(zhǔn)，在一天內(nèi)只要聽到過雷聲，無論次數(shù)多少，均計(jì)為一個(gè)雷暴日。 雷暴小時(shí)T Th h是一年中發(fā)生雷電放電的小時(shí)數(shù)，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要有一次雷電，即計(jì)為一個(gè)雷電小時(shí)。 一個(gè)雷暴日折合三個(gè)雷暴小時(shí)。雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān) Td 15Td 4040，多雷區(qū)；9090，強(qiáng)雷區(qū) 三、雷電參數(shù)雷暴日和雷暴小時(shí)的統(tǒng)計(jì)中，并沒有區(qū)分雷云之間的放電和雷云對地的放電。但是，只有落地雷才有可能產(chǎn)生對電力系統(tǒng)造成危害的過電壓。 第12頁/共22頁 ( (二) )地面落雷密度( )( )和雷擊選擇性 表示每平方公里地面在一個(gè)雷暴日受到的平均雷擊次數(shù)。 我國標(biāo)準(zhǔn)對T Td

6、 d 4040的地區(qū)，取 0.070.07 ( (三) )雷道波阻抗（Z Z0 0）雷電通道長度數(shù)千米，主放電時(shí)如同導(dǎo)體，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。主放電過程可看作是一個(gè)電流波沿著波阻抗為Z Z0 0的雷道投射到雷擊點(diǎn)的波過程。 我國有關(guān)規(guī)程建議取Z Z0 0 300 300 第13頁/共22頁02II 88lgIP負(fù)極性雷擊均占757590%90%，對設(shè)備絕緣危害較大, ,防雷計(jì)算中一般均按負(fù)極性考慮。I( (五) )雷電流幅值（ ） 0I通常定義雷電流為雷擊于低阻接地電阻( 30)( 30)的物體時(shí)流過雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波 的兩倍，即 I一般

7、地區(qū)，雷電流幅值超過 的概率可按下式計(jì)算( (四) )雷電的極性第14頁/共22頁波前陡度的最大極限值一般可取50 kA/us50 kA/us左右。( (六) )雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長雷電流的波前時(shí)間T T1 1處于1 14us4us的范圍內(nèi)，平均為2.6us2.6us。波長T T2 2 處于2020100us100us的范圍內(nèi)，多數(shù)為40us40us左右。我國防雷設(shè)計(jì)采用2.6/40us2.6/40us的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50us1.2/50us6 . 2Ia 雷電流波前的平均陡度 (kA/us)(kA/us)第15頁/共22頁)(0tte

8、eIiati )(1Ttati)(11TtIaTi)cos1 (2tIi ( (七) )雷電流的計(jì)算波形1 1、雙指數(shù)波2 2、斜角波3 3、斜角平頂波 4 4、半余弦波在防雷計(jì)算中，按不同要求采用不同的計(jì)算波形第16頁/共22頁( (八) )雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時(shí)間有5555的對地雷擊包含兩次以上的重復(fù)沖擊；3 35 5次沖擊者有25%25%；1010次以上者有4%4%。平均重復(fù)沖擊次數(shù)取3 3次。( (九) )放電能量A=QU=10A=QU=107 7V V20C20C202010107 7W W. .s s（200MW200MW秒），放電能量不大，但是在極短時(shí)間內(nèi)放出的，因而功率很

9、大。第17頁/共22頁四、雷電過電壓的形成( (一) )雷電放電的計(jì)算模型第18頁/共22頁( (三) )感應(yīng)雷擊過電壓 雷擊于線路附近大地或接地的線路桿塔頂部等，在絕緣的導(dǎo)線上引起感應(yīng)過電壓。AiUIR100AUI( (二) )直接雷擊過電壓 雷擊于地面上接地良好的物體雷擊于導(dǎo)線或檔距中央避雷線第19頁/共22頁先導(dǎo)放電階段：雖然有束縛電荷的存在，但是由于負(fù)電荷移動(dòng)較慢，故線路上產(chǎn)生的的電流較小，相應(yīng)的電壓也較小，可忽略。主放電階段：負(fù)電荷迅速被中和，束縛的正電荷產(chǎn)生的電場使導(dǎo)線對地形成一定電壓，而雷電流產(chǎn)生的磁通在導(dǎo)線也感應(yīng)出一定電壓。這兩者之和就是感應(yīng)雷擊過電壓，分別稱為雷擊過電壓的靜電分量和電磁分量。第20頁/共22頁小 結(jié)獲得比較廣泛認(rèn)同的雷云形成機(jī)理為水滴分裂起電理論。 雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長