雷电基础理论.ppt

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闪电,通常情况下，一半以上的闪电放电过程发生在雷暴云内的主正、负电荷区之间，称作,云内放电,过程，云内闪电与发生几率相对较低的,云间闪电,和,云空气放电,一起被称作云闪。,另一类闪电则是发生于云体与地面之间的对地放电，称为,地闪,。虽然最频繁发生的闪电是云闪，但是由于地闪对地面物体所造成的严重威胁，以及它的放电通道暴露于云体之外易于光学观测，因此目前对地闪放电过程已经有了相对较系统的研究。,7,8,按照闪电发生的空间位置可分为云内闪电、云际闪电、云空闪电和云地闪电；,对闪电时发出的夺目亮光快速拍照,闪电的形状可分为线状、带状、片状、连珠状和球状闪电。,9,带状闪电,线状闪电,云空闪电,地闪和雷电分支,10,11,12,晴天霹雳,13,地闪的分类,Berger(1978),按照地闪先导所转移电荷的极性和运动方向将地闪分为四种形式。第一种形式常被称为,下行负地闪,，占全部地闪的,90%,以上，它由向下移动的负极性先导激发，因此向地面输送负电荷；第二种闪电也由下行先导激发，但是先导携带正电荷，因此向地面输送正电荷，被称为,下行正地闪,，这种类型的闪电少于全部闪电的,10%,。第三和第四种类型的闪电由从地面向上移动的先导激发，被称为,上行闪电,（上行雷）。上行闪电一般比较罕见，通常发生在高山顶上或人工的高建筑物上。第三种闪电先导携带正电荷，因此对应于云中的负电荷向地面的输送，而第四种闪电则对应于负极性先导，因此将云中的正电荷向地面输送。,通常，将向地面输送负电荷的闪电（第一、第三种类型）称为负闪，向地面输送正电荷的闪电（第二、四种类型）称为正闪。,14,云对地闪电,(,地闪,),的主要物理过程,:,预击穿过程,-,梯级先导过程,-,连接过程,-,首次回击,-,击间过程,-,直窜先导,-,继后回击,-,连续电流等,-,时间尺度,:,微秒,-,亚微秒,-,毫微秒,地闪特征,15,地闪是怎样发生的,电荷：云中大电场在地面感应出符号相反的电荷,击穿,/,梯级先导的发展：梯级先导是一系列小电流脉冲,(,约,50m,长,),，随着它的向下传输电离一个空气柱。,连接：向下发展的梯级先导与从地面产生的向上的连接先导连接后，形成一个完整的电离通道。,回击：在由梯级先导形成的电离通道中流过的大电流脉冲，并中和了更多的云中电荷。,梯级先导和回击,-,人眼可以看到的,16,直窜先导到达地面后第二个回击发生,一个直窜先导快速地跟随着回击并重新电离传到通道,继后回击,每个地闪平均有,4,个回击,17,理想的三极性雷暴电荷结构,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,-,-,-20 C,-10 C,-,+,+,-,18,按照地闪中和电荷的极性和运动方向将地闪分为四种形式，第一种形式常被称为下行负地闪，占全部地闪的,90%,以上，它由向下移动的负极性先导激发，因此向地面输送负电荷；第二种闪电也由下行先导激发，但是先导携带正电荷，因此向地面输送正电荷，被称为下行正地闪，这种类型的闪电少于全部闪电的,10%,。第三和第四种类型的闪电由从地面向上移动的先导激发，被称为上行闪电（上行雷）。上行闪电一般比较罕见，通常发生在高山顶上或人工的高建筑物上。第三种闪电先导携带正电荷，因此对应于云中的负电荷向地面的输送，而第四种闪电则对应于负极性先导，因此将云中的正电荷向地面输送。,19,回击电流,1.,负地闪首次回击,2.,负地闪继后回击,3.,正地闪,20,一次自然闪电高速摄像记录,21,正地闪过程,虽然通常情况下的对地放电过程都是将云内负电荷输送到地面的负极性放电，但是也有一些放电将云内的正电荷输送到地面，被称为正地闪过程。,由于正闪的峰值电流和所中和的电荷量较通常的负地闪大得多，因此对正地闪的研究对于雷电防护来讲就有了更实际的意义。,22,正地闪的发生比例和一般特征,Beasley(1985),曾经对不同作者在不同的地区利用各种方法对正地闪的发生比例进行了总结和比较，发现在不同的地区得到的正地闪比例有较大差别，从,0-100%,不等。,比例最高的是日本的冬季雷暴，最高可达,100%,，通常在,40-90%,之间。,近年来随着雷电定位系统的普及和大量资料的积累，对地闪的分布情况又有了新的研究，,美国正地闪的比例均小于,10%,。,Orville and Huffines(1999),利用美国国家雷电探测网络（,NLDN,）记录到的,1989-1998,年的大量地闪资料，得到正地闪的比例从,3-9%,不等。在中国内陆高原的正地闪比例（郄秀书等，,2000,）介于美国夏季雷暴和日本冬季雷暴的结果之间。,23,一般来讲，虽然在夏季雷暴中正地闪较为罕见，但是其发生的比例会,随着纬度的增加和地面海拔高度的增加而增加,。,Lewis and Foust(1945),曾经指出，随着海拔高度的增加，正地闪发生的比例也增加，在海平面上比例约为,3%,，在海拔高度为,2-4km,的地方，则为,30%,。在以甘肃省为代表的中国内陆高原地区,(,海拔高度约为,2km),，正地闪的发生比例平均为,15%-20%,。,最近的研究表明正闪的比例还随雷暴过程的不同而不同。,通过对正地闪的光学和电学观测证实，,正闪通常只有一次回击和紧接其后的连续电流过程组成,。单次闪击正地闪占,80%,以上，偶尔也会发生多次回击。正地闪回击由正极性的先导引导，正先导一般不表现出象负先导那样的明显梯级特征，其发光近乎连续但强度被调制。,一般认为大部分的正地闪回击之后都跟随有连续电流过程。,24,正地闪的电流和电荷转移,对地闪放电电流的获得通常有两种方法，一是当闪电击中高塔或建筑物上安装的电流测量设备时对电流的,直接测量,，二是在一定的模式假定下利用闪电回击在,地面产生的电场变化反演,得到。,Berger(1975),曾经给出了正、负地闪电流特征的比较，他用的是直接测量。,一般来说，,正地闪电流的上升时间和恢复时间都较负地闪要长,。由表可以看出正地闪回击上升沿时间的平均值为,22s,，是负地闪的,4,倍；对于单次闪击地闪正闪的持续时间是负闪的,7,倍；平均的正闪脉冲电荷是单次闪击负闪的,3,倍；一次单闪击正地闪转移的总电荷量比单闪击负地闪大一个量级。平均的电流虽然相差不大，分别为,35kA,和,30kA,，但是正地闪产生大电流的几率较负地闪要大的多，正地闪回击电流超过,250kA,的几率为,5%,，而负地闪回击电流大于,80kA,的就已经达到了,5%,。正地闪转移的电荷量无论是脉冲变化部分还是整个放电过程都较负地闪大的多。,25,云闪,云闪定义为所有没有到达地面的闪电放电。目前还没有有效的资料来区分云内（,intracloud,）闪电、云间,(intercloud),闪电和云,-,空气,(cloud-air),放电三种云闪过程。事实上根据地面电场记录看，三种放电过程十分类似，而且云闪过程也包括地闪过程中发生于云内的部分。,云闪是最经常发生的一种闪电放电事件，一般认为云闪占全部闪电数的,2/3,以上。,26,中层大气放电,早在,20,世纪,20,年代威尔逊（,Wilson,）就曾,预言,对流层雷暴电场可能导致高层稀薄大气电离击穿、产生光辐射。,20,世纪,80,年代一些美国飞行员也曾陆续报告在高空看到瞬时的闪光。,1989,年来自美国明尼苏达大学的一个研究组在试验低光度摄像机时意外地在中层大气高度拍摄到了大气放电产生的光学图像,，,首次在科学意义上证实了中高层大气中存在放电现象。,高空大气放电产生的瞬间光学事件（,T,ransient,L,uminous,E,vents,）频繁出现在世界许多地区的雷暴云上空，其垂直扩展范围从电离层底层（大约,100km,高度）向下一直延伸到雷暴云顶高度（大约,20km,）。至今这些放电的本质仍然是困扰学术界的未解之谜，简称这类放电为中层大气放电。,27,Red sprites(,幽闪,),blue jets,（蓝色激闪）,and elves,（晕闪）,28,蛛状闪电,蛛状闪电特指,在雷暴云的消散阶段或层状降雨阶段,观测到的发生于云底附近具有大范围水平发展、多分叉放电通道的壮观放电现象。之所以被称为“蛛状”闪电是因为这种放电在云下面以较一般闪电发展明显慢的速度和多级分叉的形式前进，每一通道的发展特征类似于蜘蛛的爬行。肉眼看到的蛛状闪电景象十分壮观，根据观测经验，这种闪电一般并不经常出现。目前，尚没系统观测及统计结果。在我国南方较旺盛发展的雷暴云消散期，曾利用普通摄象机观测到这种蛛状放电现象。,29,30,人工引雷发展过程概述,自从,Newman,于,1960,年最初实现人工引雷，到现在人工引雷已有近,40,年的历史。在过去,40,年里，法国、日本、美国及我国等都开展了一系列人工引雷实验（如,Liu,等，,1994,；,Fieux,等，,1978,；,Horii,，,1982,；,Hubert,等，,1984,；,Kito,等，,1985,；,Uman,，,1987,；,Uman,等，,1997,），并取得了大量的观测结果。,根据触发闪电技术之不同，人工触发闪电（人工引雷）可分为经典型及高度型；根据闪电极性之不同，它又分为正极性及负极性。,31,火箭的上升速度一般为每秒一二百米，火箭发射一二秒后，它就可上升到,300 m,左右的高度。此时，从导线顶端将出现以,10,5,m/s,左右的速度向上发展的上行先导。该上行先导的电流很快熔断并汽化掉用于引雷的导线。上行先导继续上升直到进入云中负电荷区并引发一个所谓初始连续电流的过程。这个连续电流一般持续几百毫秒。它终止后几十毫秒的时间内通道中几乎不存在任何电流。然后将有一直窜先导以,10,7,m/s,左右的速度沿着刚刚电离过的通道向地面发展。直窜先导发展到地面后，就会引起以,10,8,m/s,左右的速度向上发展的回击。,32,人工引雷的电流特征,雷电流是雷电及其防护研究中最重要参数之一，因而几乎所有人工引雷试验中，雷电流的测量必不可少。雷电流的测量方法主要有两种，,一种是利用无感抗电阻也叫同轴分流器作探头；,另一种是用,Rogowski,线圈作探头。,为使雷电流记录装置与这些探头绝缘从而不受雷电高电压的影响，一般在雷电流记录装置与探头之间连接上光纤系统作传输信号用。近,20,多年来，有关人工引雷电流的测量,33,电流测量装置,Rogowski,线圈,1m,的精密电阻,线圈,E/O,电阻,E/O,34,在其初始阶段（,Initial Stage,，,IS,）存在一持续时间为,400 ms,、强度为,100 A,左右的连续电流。为了区分这一电流与回击之间的连续电流，有人称这一连续电流为初始连续电流（,Imitial Continuos Current,，,ICC,）。其实严格来讲，人工引雷初始阶段电流实际上由上行先导的电流及初始连续电流两部分构成。从电流波形上看不到它们之间差别，即找不到它们之间的转换点。根据云中负电荷的高度及上行正先导的速度可以推测初始阶段电流的最初,40 ms,左右时间对应于上行先导，其余部分对应于,ICC,。初始阶段电流结束之后，有几十毫秒的电流间歇期，之后是三个回击电流脉冲。该图中的回击电流处于饱和状态（大于,2 kA,）。有些人工引雷的初始阶段电流之后没有回击。,35,典型的在近距离处摄到的负极性人工引雷的照片（见彩图插页），可以看到在该照片中至少有,9,条发亮的通道，这是由于,闪电通道受风的影响发生平行移动后所造成的,。照片中最左边的一片发光对应于初始连续电流，右边一条条弯曲的通道对应于不同的回击。,36,37,38,39,2006,年,8,月,18,日,16,时,37,分,24,秒人工引雷部分过程,40,20080812170921从化地面触发负极性闪电,41,42,人工引雷的应用,自然闪电的发生是随机的,，除在一些非常高的建筑物外，自然雷电击中到某一固定地点的机率非常非常低，而且其发生时间目前根本不可预测。相比之下，,人工引雷技术可令雷电击中到某一固定地点，且其发生时间也可在某种程序上加以控制，,这就为研究雷电物理及各种防雷方法提供了极其方便的条件。通过人工引雷不仅可以对雷电电流进行系统的测量，而且可以在近距离处设置各种电磁场探头和高速光学摄像装置对雷电的各种特性进行测量。因而自从人工引雷成功后，人工引雷就被大量,用于研究雷电的机理及特性,，同时也被,用于研究和检验各种防雷装置,。通过利用高电压发生器，在某种程序上也可研究和检验各种防雷装置，但有一些参数，因涉及放电尺寸及所中和电荷量等，用,高电压发生器模拟雷电就不太现实，,这也是为什么要利用人工引雷研究和检验各种防雷装置的重要原因之一。,43,1991,年,1993,年,进行雷电物理的研究,用于军事，作为核爆炸电磁脉冲的模拟源,对防雷技术和设备的检验,引雷,3-5,分钟后有降雨突增、冰雹减弱或消失的现象,对雷电能量的释放,引雷车,44,输电线和地埋电缆、飞机跑道光信号系统的直击试验,45,美国国际雷电试验场,Florida Camp Blanding,美国触发闪电照片和观测设备,47,人工引发雷电对雷电防护装置的实验,48,试验照片,第二节 雷电流,雷电流的波形,由,英,R.H.Golde,雷电一书的记载和近年来大量的观测表明，雷电流具有单极性的脉冲波形，,大约有,80-90%,的雷电流是负极性的,。常见的负电流波形前沿呈拱形。例如，在圣萨尔瓦托山，纽约州府大厦，意大利观测点，匹兹勒宁大教堂和其他高建筑物获得的电流示波记录都显示出相似的拱形前沿。其中在圣萨尔瓦托山测得到达电流峰值的中值时间为,5.5s,。而在意大利观测点测到的时间为,7s,。,50,雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括,3,次至,4,次放电，通常第一次放电的电流幅值最高，因此它对防雷设计至关重要。图,2.1,给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形，其纵坐标是以电流最大值作为基值的比值。这里波形,B,（虚线）是对,10,次实测取平均而得到的，其时间范围取得较小，以,侧重展示雷电,流的波前部分,；波形,A,则是对,88,次实测雷,电波形取平均而求得,的，其时间范围取得,较大，以,反映雷电流,波形的全貌,。,图,2.1,雷电流的实测波形,51,雷电流上升率数据对避雷保护问题极其重要。图,2.2,为典型的正极性电流波形。最大电流上升率出现在紧靠峰值电流之前。,正极性闪电通常由一个单闪击构成,。可求得电流中值前沿为,22s,，电流上升率中值为,2.4KA/s,，半峰值的时间为,230s,。,图,2.2,为典型的正极性电流波形,52,雷电流的波形画法,如下页图，先由纵轴上的,0.1,、,0.9,、和,1.0,三个刻,度作三条横轴的平行线，前两条平行线分别与波形曲线,的头部分别相交于,A,、,B,两点，过,A,、,B,两点作一条直线，,该直线与第三条平行线和横轴分别相交于,C,、,D,两点，由,C,点引横轴的垂线，其垂足,E,点与,D,点之间的时间即定义为,波头时间，用,t1,表示。为了定义波长时间，再由纵轴上,0.5,刻度作横轴的平行线，该平行线与波形曲线的波尾部,分相交于,F,点，从,F,点引横轴的垂线，垂足,G,点与,D,点之间,的时间即定义为波长时间，用,t2,表示。由于波长时间也,是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间，它习惯上也被,称为半幅值时间。在定义了波头和波长时间后，单极性,电流脉冲波形可计为,t1/t2,。这里,t1,和,t2,一般采用,s,作单,位。,53,浪涌电压现,象描述方法,A,C,图,2-1,波头和波长时间的定义方法,F,G,电流（,kA,）,/,电压（,kV,）,s,t,2,0.1,1.0,0.9,0.5,D,极短时间,I,E,时 间,t,1,54,雷电流提供的总电荷可按以下积分来计算：,对于建筑防雷设计来说，一般是将雷击分为首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数，详见下表,。,波形参数,建筑物防雷类别,第一类,第二类,第三类,电流幅值,I,m,（,KA,）,200,150,100,波头时间,t,1,(,s),10,10,10,波长（半幅值）时间,t,(,s),350,350,350,总电荷,Q,（,As,）,100,75,50,首次雷击的雷电流波形参数,55,波形参数,建筑物防雷类别,第一类,第二类,第三类,电流幅值,I,m,（,KA,）,50,50,50,波头时间,t,1,(,s),0.25,0.25,0.25,波长（半幅值）时间,t,(,s),100,100,100,后续雷击的雷电流波形参数,关于雷电流波形参数幅值、波头和波长时间，已经累积了各种实测数据，虽然基本规律大致接近，但具体数值却有差别，存在一定的分散性。其原因主要来自两个方面：一是雷电放电本身的随机性受到各地气象、地形和地质等自然条件的诸多因素影响；二是测量手段和测量技术水平不同。,56,几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式,实际上，出现在电气和电子系统中雷电暂态过电压波形将随具体系统结构和雷电环境的不同而存在着差异，对于防雷设计和保护装置的试验来说，通常是规定一些标准的雷电过电压波形，以便供设计和试验使用。这里将介绍几种较为常用的雷电过电压波形。,57,1.2/50,s,波形,1.2/50,s,波形是,电气电子设备绝缘耐受性能试验,中常用的标准雷电过电压脉冲波形，如图,2.19,所示，其波头和波长时间的定义也示于该图中。对于这种波形，可采用以下双指数公式来表示：,0.9U,m,0.3U,m,T,1,50,s,0.5U,m,U,m,T,1,1.67=1.2,s,在上式中的各常数为：,A=1.037,1,=0.4074,s,2,=68.224,s,式（,1.20,）和（,1.13,）在函数形式上无本质区别，如果将,1.250,s,波形仍用式（,1.13,）示，则相应的常数为：,A=1.037,=0.0147,s,=2.47,s,。,图,2.19 1.2/50s,过电压脉冲波形,（,1.20,）,58,0.5s,100kHz,衰减振荡波形,实测统计表明，由雷电在,低压交流线路上引起的暂态过电压常具有衰减振荡波形,，且第一个波的波头时间很短。图,2.20,给出了一个标准衰减振荡电压波形，该波形第一个波的波头时间为,0.5,s,，其振荡主频为,100kHz,，在半个周期内幅值约以,0.6,倍的因子衰减，各波形参数的定义也示于图,2.20,中。对于这种衰减振荡电压波形，可采用以下公式加以近似表示：,图,2.20 0.5s-100KH,Z,S,衰减振荡电压波形,上式中的函数 表达式为：,在式（,1.21,）和（,1.22,）中，各常数为：,B=0.6025 K=0.525A A=1.,59,1,=0.4791,2,=9.7788s,0,=210,5,rad/s,U,m,T=10,s(f=100kH,z,),0.5,s,0.9U,m,0.1U,m,0.6U,m,(1.21),(1.22),59,10,1000us,波形,根据对,通信线路上雷电暂态过电压实测数据统计,，在这类线路上的雷电暂态过电压波形可简化等值为,10/1000us,，如图,2.21,所示，其波头和波长时间定义也示于该图中，这种脉冲波形也可用式（,1.18,）,A=1.019,1,=3.827s,2,=1404s,这种脉冲波形一般用于对通信线路网络中的设备进行试验，也用于对放电管和雪崩二极管等保护元件进行试验。,0.5U,m,U,m,0.9U,m,0.1U,m,T,0,1000,s,T,0,1.25=10,s,图,2.21 10/1000,s,过电压波形,60,雷电过电压波形的应用举例,（,以压敏电阻的暂态能量及损坏形式为例）,（,1,）暂态能量估算,在防雷工程的实际应用中，常选用压敏电阻吸收雷电的暂态能量,也就是说需要由压敏电阻上出现的实际电压和电流来确定。,由于,u,（,t,）和,I,（,t,）实际波形的复杂性，常用经验公式,式中,I,Pk,暂态电流峰值，,U,c,相应的箝位电压，近似看作常数。,为电流持续的标称时间，,k,为等值系数，、,k,值见下页图。当估算一个复杂的实际暂态波形能量时，可先将波形分解为若干个接近下页图的基本波形段，再按上式计算，然后将各段加起来就可得到总的暂态能量。,61,基本脉冲波形图的,k,和,取值,62,计算举例：,某型号的,压敏电阻在拟制暂态过电压的过程中流过的电流如下图所示，电流峰值,I,pk,=100A,，相应的箝位电压,U,c,=500V,，该压敏电阻的额定单次脉冲能量为,11J,。将下图所示的波形在,0,s-5s,和大于,5s,以后的部分分解为上升斜角波和指数衰减波两个基本波形段，计算：,第一段（上升斜角波）,E,1,=K,U,c,I,Pk,=0.5500100510,-6,=0.13J,第二段（指数衰减波）,E,2,=K,U,c,I,Pk,=1.450010050-510,-6,=3.15J,总能量,E=E,1,+E,2,=0.13J+3.15J=3.28J,（小于,11J,，可拟制暂态高电位。,压敏电阻中,的电流波形,63,冲击电流测试脉冲,64,首次及雷击的雷电流参量,雷电流参数,防雷建筑物类别,一类,二类,三类,I,幅值（,Ka,）,200,150,100,T,1,波头时间（,s,）,10,10,10,T,2,半波值时间（,s,）,350,350,350,Q,S,电荷量（,c,）,100,75,50,W/R,单位能量（,MJ/,）,10,5.6,2.5,65,后续雷击的雷电流参量,雷电流参数,防雷建筑物类别,一类,二类,三类,I,幅值,（,kA,）,50,37.5,25,T,1,波头时间,（,s,）,0.25,0.25,0.25,T,2,半波值时间,（,s,）,100,100,100,T,1,/T,2,平均突度,（,kA/,s,）,200,150,100,66,雷击概率分析（符合,IEC61024-1,）,正闪击和负闪击的概率分布,67,第三节 雷电灾害,雷电因其强大的电流、炙热的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应而能够在瞬间产生巨大的破坏作用，常常导致人员伤亡，建筑物、供配电系统、通信设备、民用电器的损坏，引起森林火灾，造成计算机信息系统中断、仓储、炼油厂、油田等燃烧甚至爆炸，危害人民财产和人身安全，也会严重威胁航空航天等运载工具的安全。,雷电灾害泛指雷击或雷电电磁脉冲入侵和影响造成人员伤亡或物体受损，部分或全部功能丧失，酿成不良的社会和经济后果的事件。雷电灾害的损失包括直接的人员伤亡和经济损失，以及由此衍生的经济损失和不良社会影响。,68,雷电危害方式,间接雷击,直接雷击,69,雷电灾害的影响,1989,年,8,月,12,日黄岛油库遭雷击爆炸,雷击导致的信号故障是,2011,年,723,甬温线特别重大铁路交通事故的重要原因之一,1983,年,8,月,30,日雷击挑战者号航天飞机发射台,2006,年,5,月,16,日呼伦贝尔雷击森林火灾,航空航天,石油化工,林业,交通,电力,2003,年,8,月,14,日，纽约一家发电厂遭受雷击，导致美国东部和加拿大部分地区大面积停电，,5000,万人受到影响，这是史上最大的停电事故。,公共,场所,70,我国平均,每年,因雷电造成,上千人伤亡，,约,550,人死亡,，,财产损失为,70-100,亿元,。,人员伤亡仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害之后名列第三的气象灾害。,据,中国气象年鉴,雷电灾害的影响,71,雷电灾情是由孕灾环境、致灾因子、承灾体之间相互作用形成的，雷电灾害的自然孕灾环境就是雷暴天气、气候和地理背景等，自然致灾因子就是闪电，承灾体一般划分为人类、财产和自然资源。这三种因素在不同时空条件下，对灾情形成的作用会发生改变。,72,雷电的成灾机制,自然界中由雷电造成的损害可分为：直接雷击灾害、雷电感应灾害和次生灾害。,73,直接雷击灾害,雷电直接灾害是指雷电直接击中人体、建（构）筑物、设备、牲畜、树木等，并对他（它）们造成直接的损害，是雷云对大地某点发生的强烈放电。如雷电击中架空的电力线，电话线等，雷电流便沿着导线进入设备，从而造成损坏。,74,雷电放电具有电压高、雷电电流幅值大，变化快，放电时间短，雷电电流波形陡度大等特点。直接雷击的破坏作用在于强大的电流和超高电压。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能。雷击放电的电量大约为,25100C,。据此估算，雷击点的发热量大约,5002000J,。雷电流的,高温热效应,将灼伤人体，引起建筑物燃烧，使设备部件熔化。在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的,冲击性机械力,。该机械力可以达到,50006000N,，因而可使人体组织、建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致人员伤亡、建筑物破坏，以及设备毁坏等。雷电流产生的,局部高温,也可引起森林火灾等。,75,直接雷击可,引起地电位上升而波及附近的电子设备,，对设备产生反击而造成损害。当,10kA,的雷电流通过导体入地时，假设接地电阻为,10,欧姆，根据欧姆定律，可知在入地点处电压为,100kV,，足以将设备损坏。雷电流在闪击中直接进入金属管道或导线时，它们沿着金属管道或导线可以传送到很远的地方。除了沿管道或导线产生电或热效应，破坏其机械和电气连接之外，当它侵入与此相连的金属设施或用电设备时，还会对金属设施或用电设备的机械结构和电气结构产生破坏作用，并危及有关操作和使用人员的安全。雷电流从导线传送到用电设备，如电气或电子设备时，将出现强大的雷电流波及其反射分量。反射分量的幅值尽管没有雷电流波大，但其破坏力也大大超过半导体或集成电路等微电子器件的负荷能力，尤其是它与冲击波叠加，形成驻波的情况下，便成了一种强大的破坏力。,76,感应雷击灾害,雷电感应与直接雷击破坏的对象不同，前者主要击坏放电通路上的建筑物、输电线，击死击伤人畜等，后者主要,破坏电子设备,。如：,1992,年,4,月,27,日，江西南昌医科大学遭感应雷击，,160,门程控电话有,120,门被毁。同天，江西财经管理学院,200,门,程控电话,全部被毁；,1992,年,5,月,1,日，长沙湖南广播电视大学,200,门程控电话、,6,台,计算机,和多台,彩电,因感应雷击被毁，损失,100,多万元；,1993,年,4,月,21,日，第一届东亚运动会前夕，上海奥林匹克俱乐部大楼遭感应雷击，楼内控制程控电话的电脑被破坏，损失数万元。,77,200,多年前富兰克林发明的“避雷针”对“直接雷击”的防护具有较好的实际运行效果，而雷电电磁脉冲（,LEMP,）的防护却无能为力。因为，当时没有什么电子设备，雷电感应危害的现象不明显，防避直接雷击就足够了。而现代社会，电子设备大量应用，雷击电磁感应的危害日益严重，仅依靠“避雷针”防雷已远远不能满足社会的需求。防雷专家们也早已认识到这一问题的严重性，并进行了一系列防避感应雷击的试验和研究。例如雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上，对用电设备造成极大危害。如果设备处在这个电磁场中，便会感应出很高的电压，遭致损坏。对于灵敏的电子设备，尤需注意,LEMP,的防护。,78,自人类进入信息时代以后，因高集成化电子设备，如计算机、通讯设备及工业自控系统的广泛应用，同时这些集成电路的耐过电压过电流能力极为脆弱，导致因雷电产生的过电压灾害有明显的上升趋势。今天，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：,（,1,）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域,扩展到几乎所有行业,，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等，表明受灾行业面扩大了。,（,2,）从闪电直击和过电压波沿线路传输变为闪电的脉冲电磁场从空间入侵到任何角落，,无孔不入地造成灾害,，雷电灾害的空间范围扩大了。例如,2000,年,7,月,25,日,14,点,40,分左右，一次闪电造成漕宝路桂菁路附近二家单位同时受到雷灾，而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。,79,（,3,）雷灾的,经济损失和危害程度大大增加了,，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响却难以估计。,（,4,）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷击危害的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了，微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的,LEMP,的影响，造成微电子设备的失控或者损坏。,80,雷电的巨大破坏力,黄岛油库火灾,1989年8月12日上午9时55分，山东黄岛油库5号罐遭雷击起火，引爆了1至4号罐，大火共燃烧了104个小时，19人死亡，78人受伤，烧耗原油3.6万吨，直接经济损失3540万元，间接经济损失8500万元。,81,电力系统故障,建筑物损坏,火灾、爆炸,雷击受伤,82,美国肯尼迪航天中心（,KSC,）航天飞机发射场遭雷击过程,83,2000年6月22日下午15时左右，武汉航空公司一架从湖北恩施至武汉的运七型客机，在郊区遭遇雷雨天气坠毁，机上38名乘客以及4名机组成员无一生还。,84,2004,年,6,月,26,日,14,时，在浙江临海市杜桥镇杜前村有,30,人在,5,棵大树下避雨，不幸惨遭雷击，直接造成,17,人死亡、,13,人受伤。,85,2005,年,4,月,21,日晚,10,点,25,分左右，在突降雷阵雨中，位于綦江县古南镇宗德村的重庆市东溪化工有限公司乳酸车间发生爆炸，厂房在顷刻间被夷为平地。事故造成,19,名工人死亡，,13,人受伤。,2007,年,5,月,23,日,16,时,34,分，重庆市开县义和镇政府兴业村小学遭遇雷电袭击，造成兴业村小学四、六年级学生,7,人死亡、,19,人重伤、,20,人轻伤。该雷击事件震惊全国，国务院领导同志对此高度重视，分别做出了重要指示或批示。,87,88,印度东北部城市西里古里以北,250,公里的自然保护区，当地村民哀悼五头死在河岸上的大象。,5,大象因雷击致死的。,89,90,2001,年,8,月,13,日,18,时，广州越秀公园五羊塑像遭雷击，其中一只羊角被雷击掉。,91,雷击能够造成电子器件严重损坏。,2003.8.14,，纽约一电厂遭雷击，美、加停电影响面达,9300,平方公里、,5000,万人，每天损失高达,300,亿美元。,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,雷电灾害,雷电灾害的成灾机制,雷电灾害的特点和影响,雷击致人伤亡和急救,雷击物体的过程和危害形式,108,109,雷击人体主要有四种形式，直接雷击、接触电压、旁侧闪络和跨步电压。,如果受害者是直接被雷击中的，他必然或至少在开始时，身体通过了全部的雷电流，这样就称为受了直接雷击。,当他正巧和被雷击的物体相接触时，他将受到接触电压。,如果他站的很近，一部分雷电流可能穿越空气间隙通过他身体而对地泄放，这种情况下受害者称为受到旁侧闪络。,如果他离被击物体较远而不致发生旁侧闪络时，在落雷点的附近可能产生跨步电压。一个人若通过两只脚与地面上电位不同的两点相接触，电流就会从这两点之间流经他的身体而使他触电。,110,谢谢！,111,