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雷电的形成、分类与危害

2009-07-02   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0

  一、 雷电的形成

  雷电是自然界中的一种放电现象。

  雷电放电和一般电容器放电本质相同,所不同只是这个电容器两块极板,并不是人为制造的,而是自然形成的。两块极板有时是两块云块,有时一块是云块、另一块则是大地或地面上凸出的建筑物。并且这两块极板间的距离比电容器大得多,有时可达数公里。因此,可以说雷电是一种特殊的电容器放电现象。

  大气中的饱和水蒸汽,由于气候的变化,发生上升或下降的对流,在对流过程中由于强烈的摩擦和碰撞,水蒸汽凝结成的水滴就被压分解成带有正负电荷的小水滴,大量的水滴聚积成带有不同电荷的雷云。随着电荷的积聚,雷云的电位逐渐升高。当带有不同电荷的两块雷云接近到一定程度时,两块雷云间的电场强度达到25-30kV/cm时,其间的空气绝缘被击穿,引起两块雷云间的击穿放电;当带电荷的云块接近地面时,由于静电感应,使大地感应出与雷云极性相反的电荷,当带电云块对地电场强度达到25-30kV/cm时,周围空气绝缘被击穿,雷云对大地发生击穿放电。放电时出现强烈耀眼的弧光,就是我们平时看到的闪电,闪电通道中大量的正负电荷瞬间中和,造成的雷电流高达数百千安,这一过程称为主放电,主放电时间仅30-50μs,放电波陡度高达50KA/μs ,主放电温度高达20000℃,使周围空气急剧加热,骤然膨胀而发生巨响,这就是我们平时听到的雷声。闪电和雷声的组合我们称为雷电。

  由于声音传播的速度比光的传播速度要慢得多,所以我们总是先看到闪电,而后听到雷声。

  雷电的特点是:电压高、电流大、频率高、时间短。

  二、雷电的分类

  (一) 直击雷

  雷云对地面或地面上凸出物的直接放电,称为直击雷。也叫雷击。直击雷放电过程的展开图见图8-22。

 

  雷云放电过程的展开图可以这样解释:当雷云对地面放电时,开始出现先驱放电,放电电流比较小,一经到达地面,就开始主放电,主放电由地面开始沿着先驱放电的通道直到云端,放电电流迅速增大。主放电时间很短,电流迅速衰减,以后是余光放电,电流变小。

  由于雷云中同时存在着多个电荷积聚中心,当第一个电荷集聚中心放电后,其电位迅速下降。第二个电荷集聚中心向第一个电荷集聚中心位置移动,并沿着上一次的放电通道开始先驱放电、主放电、余光放电。紧接着再来第三次、第四次放电。我们平时看到电光闪闪、雷声隆隆就是这个原因。

  当直击雷直接击于电气设备及线路时,雷电流通过设备或线路泄入大地,在设备或线路上产生过电压,称为直击雷过电压。

  (二)感应雷击

  感应雷击是地面物体附近发生雷击时,由于静电感应和电磁感应而引起的雷击现象。

  例如,雷击于线路附近地面时,架空线路上就会因静电感应而产生很同的过电压,称为静电感应过电压。见图6-23。

 

  在雷云放电过程中,迅速变化的雷电流在其周围空间产生强大的电磁场,由于电磁感应,在附近导体上产生很高的过电压,称为电磁感应过电压。

  静电感应和电磁感应引起的过电压,我们称为感应雷击。

  (三)球雷

  球雷是一种发红色或白色亮光的球体,直径多在20cm左右,最大直径可达数米,以每秒数米的速度,在空气中飘行或沿地面滚动。这种雷存在时间为3-5s左右。时间虽短,但能通过门、窗、烟囱进入室内。这种雷有时会无声消失,有时碰到人或牲畜或其它物体会剧烈爆炸,造成雷击伤害。

  (四) 雷电侵入波

  当雷击空线路和或金属管道上。产生的冲击电压沿线路或管道向两个方向迅速传播的雷电侵入波,称为雷电侵入波。

  雷电侵入波的电压幅值愈高,对人身或设备造成的危害就愈大。

  三、 雷电的危害

  雷电放电过程中,可能呈现出静电效应、电磁效应、热效应及机械效应,对建筑物或电气设备造成危害;雷电流泄入大地时,在地面产生很高的冲击电流,对人体形成危险的冲击接触电压和跨步电压;人直接遭受雷击,必死无疑。

  雷电的危害是多方面的。

  (一)雷电的静电效应危害:

  当雷云对地面放电时,在雷击点主放电过程中,雷击点附近的架空线路、电气设备或架空管道上,由于静电感应产生静电感应过电压,过电压幅值可达几十万伏,使电气设备绝缘击穿,引起火灾或爆炸,造成设备损坏、人身伤亡。

  (二)雷电的电磁效应危害

  当雷云对地放电时,在雷击点主放电过程中,在雷击点附近的架空线路、电气设备或架空管道上,由于电磁感应产生电磁感应过电压,过电压幅值可达到几十万伏,使电气设备绝缘击穿,引起火灾或爆炸,造成设备损坏、人身伤亡。

  (三)雷电的热效应危害

  雷电流通过导体时,由于雷电流很大,雷电流数值可达几十至几百千安,在极短的时间内使导体温度达几万度,可使金属熔化,周围易燃物品起火燃烧。烧毁电气设备、烧断导线、烧伤人员、引起火灾。

  (四)雷电的机械效应危害

  强大的雷电流通过被击物时,被击物缝隙中的水分急剧受热气化,体积膨胀,使被击物品遭受机械破坏、击毁杆塔、建筑物,劈裂电力线路的电杆和横担等。

  (五)雷电的反击危害

  当避雷针、避雷带、构架、建筑物等在遭受雷击时,雷电流通过以上物体及接地装置泄入大地,由于以上物体及接地装置具有电阻,在其上产生很高的冲击电位。当附近有人或其它物体时,可能对人或物体放电,这种放电称为反击。雷击架空线路或空中金属管道时,雷电波可能沿以上物体侵入室内,对人身及设备放电,造成反击。反击对设备和人身都构成危险。

  (六) 电位危害

  当将雷电流引入大地时,在引入处地面上产生很高的冲击电位,人在其周围时,可能遭受冲击接触电压和冲击跨步电压而造成电击伤害。