高电压技术10、雷电放电.ppt

电压等值电路： * * 雷电放电 1. 雷电科学发展历史 中国古代对雷电的认识 公元前1500年殷商甲骨文中就有“雷”字，稍晚的西周青铜器上有“电”字，他指的是闪电 最早的文字记载时东汉哲学家王充（27－约97年）他在《论衡》中对雷电进行了描述“雷者火也。以人中雷而死，即询其身，中火则须发烧焦。” 故宫：雷公柱 公元490年《南齐书》记载“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不弄也” 雷电是神灵，多惩罚暴君，百姓中的恶人。如鲁僖公15年（公元前645年）雷击夷伯之庙，这是展氏的祖庙，史书未见说展氏有什么罪恶事迹，但《左传》就认为他们祖上有“阴过” 但王充、沈括、柳宗元、朱熹等反对神鬼论。元代末刘基（刘伯温）（1311－1375）在《刘文正公文集》中讲“雷何物也？曰雷者，大气之郁而激发也，阴气团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电。” 中国古代的认识只停留在观察自然界，作理性思辨，而没有动手制造仪器，变革所研究的对象，进行试样工作，寻找其规律，因而无法前进 我国古庙的防雷措施 沈括（1031－1095年）在《梦溪笔谈》中有详细的描述“内侍李舜举家曾为雷暴所震，其堂之西屋，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸阶黔。有一木格，其中杂储诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄而草木无一毁者，非人情所测也。佛书云，龙火得水而炽，人火得水而灭，此理亦然。” 欧美雷电科学的建立 17世纪欧洲发现了正电和负电。 第一个将实验室人工产生的电（可称为地电）与闪电联系起来的是伦敦皇家学会馆长Francis Hauksbee 1706年他观察摩擦起电的放电不仅产生闪电，而且产生类似雷鸣的声音。认为其与雷电类似 富兰克林证明二者在12个方面是相似的 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 欧美雷电科学的建立 2.雷电放电过程 基本过程：先导放电阶段 ；主放电阶段 1 先导放电通道；2 强游离区；3 主放电通道 30kV/cm 2.雷电放电过程 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 雷电放电由带电荷的雷云引起 云层放电－放电发生在雷云之间 对地放电－放电发生在雷云和大地之间 对地放电的雷云大多数带负电荷，实测75％～90％ 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 雷电放电基本参数 先导放电平均速度：1.5x105m/s，数百安 主放电：2x107~1.5x108m/s，几十~几百安 雷电的能量和功率 雷电的瞬时功率很大，但能量却很小。以中等雷电为例：雷云电位50MV，电荷Q=8C，则其能量为： 55kWh电能，约等于4kg汽油。每平方公里每年落雷0.6次，获得的雷电能量为33kWh，而每平方公里长年的功率不足4W，不足以点亮一个灯泡 瞬时功率：I=50kA,弧道压降E=6kV/m，雷云1000m高度计，则主放电功率P为： 雷电的能量和功率 雷电的热效应：雷电通道温度15000~ 20000oC，可引起森林大火，熔断16mm钢筋； 雷电的机械效应：气体膨胀爆炸， 热应力，电动力 雷电造成的事故：黄岛油库 雷电放电的计算模型 开关S闭合前后对应不同的雷电放电阶段（先导放电和主放电），A点电位发生变化，从零突升到u=iZZj 先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波阻抗为Z0(300? ) 主放电过程，自雷云通过雷电通道向地面传播的电磁波（u0、iL）到达A点 雷电放电的计算模型 能够测知的电量，主要是流过被击物的电流。跟据计算模型（电流源模型）推出雷电波的参数 国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定义为雷电流 iL Z0 Zj A 雷电流源 被击电路 Z0 Zj A iLZ0 上述两种电路没有实际的物理意义,只是为防雷计算提供一种供计算方法. 彼得逊等值电路为： Z0 Zj A 雷电参数的统计数据 雷电流的波形和极性 75%~90%为负极性 波形参数： 波头时间：1-5?s 波长时间：20~100?s，平均50?s，大于50?s 的为18~30% 我国在防雷保护中采用的波形：2.6/50?s 55%的落雷包含两次以上冲击，3-5次冲击占25%，1