淺析雷電的產(chǎn)生及危害

邢艷榮 秦佳偉

1.烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.內(nèi)蒙古君正能源化工股份有限公司

淺析雷電的產(chǎn)生及危害

邢艷榮1秦佳偉2

1.烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.內(nèi)蒙古君正能源化工股份有限公司

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，危害巨大。本文就雷電的產(chǎn)生和發(fā)展做了詳細(xì)描述，從專業(yè)角度分析雷電放電過程和特點(diǎn)，列舉了雷電的危害及途徑。

雷電 產(chǎn)生 危害

雷電災(zāi)害是嚴(yán)重的自然災(zāi)害，地球上任何時(shí)候都有雷電在活動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每秒鐘造就1800陣?yán)子?，伴隨600次閃電，其中就有100個(gè)雷落到地面，造成建筑物、電力系統(tǒng)、通訊和電子設(shè)備的破壞，引起火災(zāi)，傷及人畜，每年經(jīng)濟(jì)損失約10億美元，死亡3000人以上，破壞力十分巨大。人類對(duì)于雷電的研究從未停止過，只有掌握了雷電的形成和發(fā)展規(guī)律，弄清楚雷電究竟是通過那些途徑進(jìn)行破壞的，才能有針對(duì)性的采取相應(yīng)的防護(hù)措施，盡可能減少危害。

1 雷電的產(chǎn)生和發(fā)展

雷云的成分就是水和熱，成群的濕空氣受熱后便上升，達(dá)到一定的高度后周圍的空氣就變冷，大氣壓降低，濕氣冷卻濃縮后便形成了云，這個(gè)過程就是所有云形成的基本步驟。不過要產(chǎn)生閃電還得再進(jìn)一步，一旦條件吻合，在充足的水份和熱量的驅(qū)動(dòng)下，小云層逐漸變大溶合為更大的云層，持續(xù)地上升，有些水滴因?yàn)樘厣仙臍饬鞒惺懿涣吮阆陆党捎辏硪还筛鼜?qiáng)的氣流把小水滴不斷向上推，小水滴在云層的最上端結(jié)凍而成為小冰粒。水份不斷結(jié)冰凝聚在小冰粒上面，使之變大成為冰雹，再穿越云層降落，下降時(shí)與上升的小水滴交匯而造成無數(shù)的小擦撞，每一次撞擊都會(huì)把小冰粒的電子撞擊出來，而使它們獲得正電荷，而下降的冰雹則充滿負(fù)電，整個(gè)云層最后像一個(gè)巨大的電池一樣充滿了電能，上方是正電，下方是負(fù)電，釋放電能的時(shí)候到了。

雷云帶電的過程為：首先由水和熱形成云，繼而形成冰粒，在強(qiáng)烈的空氣對(duì)流作用下，冰晶下降碰撞水滴使之破碎，從而產(chǎn)生電荷。這些電荷在雷云與雷云之間、雷云和大地之間形成了很強(qiáng)的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)十至數(shù)百兆伏。一旦空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過大氣電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)大地的火花放電，也就是云際閃和云地閃。放電過程中，由于閃電通道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波導(dǎo)致強(qiáng)烈的雷鳴。云際閃發(fā)生的概率比云地閃大的多，但因它發(fā)生在數(shù)千乃至數(shù)萬米的高空，因此對(duì)地面設(shè)備相對(duì)造成災(zāi)害性影響要小，所以我們主要研究云地閃。

用高速攝影機(jī)可以拍攝到的負(fù)雷云下行雷放電過程的光學(xué)照片。雷云對(duì)地放電通常包含若干次重復(fù)的放電過程，每次放電一般都由先導(dǎo)、主放電和余光三個(gè)主要階段組成。第一次從雷云向大地發(fā)展的先導(dǎo)不是連續(xù)向下發(fā)展的，而是逐級(jí)向下推進(jìn)的，其平均發(fā)展速度較慢，相對(duì)應(yīng)的電流也較小。雷云與先導(dǎo)在地面上感應(yīng)出異性電荷。當(dāng)先導(dǎo)接近地面時(shí)，會(huì)從地面的突出物、金屬等部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。當(dāng)迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇時(shí)，便開始主放電過程，出現(xiàn)極大的電流并伴隨雷鳴和閃光。主放電時(shí)間極短，約為50-100微秒，速度比先導(dǎo)快得多。主放電的過程是逆著負(fù)先導(dǎo)的通道由下向上發(fā)展的，主放電到達(dá)云端時(shí)主放電過程就結(jié)束了，然后云中的殘余電荷經(jīng)過主放電通道繼續(xù)流向大地，成為余光放電。余光階段對(duì)應(yīng)的電流不大，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

2 雷電的種類及其危害

雷擊有極大的破壞力，其破壞作用是綜合的，包括電性質(zhì)、熱性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)的破壞。根據(jù)雷電危害特點(diǎn)的不同，雷電可分為以下三種：

2.1 直擊雷

直擊雷是云層與地面凸出物之間的放電形成的。巨大的雷電流流入地下，令在雷擊點(diǎn)及其連接的金屬部分產(chǎn)生極高的對(duì)地電壓，可能直接導(dǎo)致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。直擊雷產(chǎn)生的數(shù)十萬至數(shù)百萬伏的沖擊電壓會(huì)毀壞發(fā)電機(jī)、電力變壓器等電氣設(shè)備絕緣，燒斷電線或劈裂電桿造成大規(guī)模的停電，絕緣損壞可能引起短路導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故。

2.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種。靜電感應(yīng)是由于雷云接近地面，在地面凸出物頂部感應(yīng)出大量異性電荷所致。在雷云與其他部位放電后，凸出物頂部的電荷失去束縛，以雷電波形式，沿突出物極快地傳播。電磁感應(yīng)是由于雷擊后，巨大雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)大磁場(chǎng)所致。這種磁場(chǎng)能在附近的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電壓，造成二次放電或電磁干擾，從而損壞電氣設(shè)備或干擾系統(tǒng)和設(shè)備正常工作。

2.3 雷電入侵波

雷電入侵波是由于雷擊而在架空線路上或空中金屬管道上產(chǎn)生的沖擊電壓沿線路或管道迅速傳播的雷電波。雷電入侵波可毀壞電氣設(shè)備的絕緣，使高壓竄人低壓，造成嚴(yán)重的觸電事故。屬于雷電入侵波造成的雷電事故很多，在低壓系統(tǒng)這類事故約占總雷害事故的70%。例如，雷雨天，室內(nèi)電氣設(shè)備突然爆炸起損壞，或是人在屋內(nèi)使用電器或打電話時(shí)突然遭電擊都屬于這類事故。

以上知識(shí)對(duì)理解和使用防雷措施，做好電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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邢艷榮，（1982—），女，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市人，講師，2004年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：自動(dòng)控制工程。