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防雷•接地及电气安全技术

第一章雷电基础

雷电现象是自然界物质运动的一种表现形式由于它常常给人类生命财产造成巨大损

失，长期以来，人们就一直对雷电现象的本质和征服雷害的方法进行着不断的研究和探索。

在微电子技术迅速发展的今天，闪击放电时不仅使雷击点建筑物和设备遭受破坏，并且由于

雷击电磁脉冲以电磁波辐射形式迅速向四面八方传播，可以使邻近众多的电子设备同时遭到

破坏，这是现代防雷技术要解决的一项重要任务。因此，在讨论各种具体防雷措施之前，我

们有必要对雷击的成因、雷击电磁脉冲的波形参数、频漕特性、电压、电流及能量计算等基

本问题进行一些分析。“雷击电磁脉冲”在有些文献中常用英文字母“LEMP”表示，

第一节雷击的形式与特点

根据雷击的成因与特点不同，主要有两种形式的雷击直击雷和雷电感应过电压。此

外，还有雷电波侵入、高电位反击、球形雷击等形式。下面分别进行讨论。

一、直击雷

直接雷的产生是与大气层空间带电云层的存在分不开的，这种带有大量电荷的云层，称

为积雨云或雷雨云，简称为雷云。直击雷是大气中带电雷云对大地或其他物体直接放电所形

成的雷击。直击雷一般总是伴随着电效应、热效应和机械力的作用，而且常常带来巨大的破

坏后果。下面先讨论空间雷云间的直接放电，然后再分析空间雷云对地面物体的直接放电。

1.空间雷云直接放电的形成与特点

在地球表面大气层覆盖的对流层范围内，由于受日晒、风暴、空间电场等因素影响，使

激烈运动着的气流局部带上正电荷和负电荷，形成所谓“雷云”。雷云中电荷的分布，随地

区、地形、季节等因素不同而有变化。但是经过各国雷电研究者长期观测分析，可以得到一

些大家公认的雷云电荷分布的典型结构。图1-1所示是于1990年发布的关于雷云电荷分布

的究成果。由图可以看出，雷云中电荷分布主要有三个集中区：最上部的正电荷区P（

区）、中间的负电荷区N（区）和下部的正电荷区P（区）。-一般中间负电荷区的电量最

多，对云下方空间产生的大气电场起决定性作用。上部正电荷区电量次之，下部正电荷区

电量最少。从图中还可以看出各电荷区所处的高度和温度范围。雷云的体积很大，其横向

直径可达几十公里；云顶距地面的高度在5~20kl1,典型的云顶高度为8〜12km。

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雷云是形成雷电的最基本条件。雷云中的电荷是如何产生的呢？这一重要科学问题目前

尚处于探索阶段。虽然科学家们先后提出了几十种雷云起电理论，但是至今尚没有一种被大

家公认为正确理论，主要原因是：要论证一种理论的可行性，必须有大量的实验结果为依

据，而要创造一个雷云起电的实验条件，目前是很难做到的。在众多的雷云起电理论中，比

较流行的有感应起电假说、温差起电假说、破碎起电假说、摩擦起电假说等。对于这些假说

我们不做详细介绍，读者有兴趣可以查阅有关参考文献。下面分析雷云是怎样形成雷电的。

雷云中的电荷是以云中的雾状水滴为载体的。i股情况下，雾状水滴之间是绝缘的，雷

云是不导电的。随着雷云的迅速聚集扩大，空间局部区域的电场强度迅速上升，当大气电场

强度到达lOW/crn时，带电雾滴间就会出现空气介质击穿而发生导电，并发出光，称之为

流光。初始流光一般是由正电荷区中心发出，到达负电荷区中心时，又从负电荷中心发出不

发光的负流光，负流光沿初始流光通道反方向行进，直至把两个电荷中心联通形成一个狭窄

的放电通道，此过程称为初始流光放电过程，其持续时间约100〜300ms。紧接着是伴有强