1、第二章,雷電和雷電流參數(shù),2.1 雷電活動參數(shù) 2.1.1.1 雷暴日 表征不同地區(qū)雷暴日活動的頻繁程度。 （1）雷暴日：指該天發(fā)生雷暴的日子，即在一天內(nèi)，只要聽到雷 聲一次或一次以上的就算一個(gè)雷暴日，而不論該天 雷暴發(fā)生的次數(shù)和持續(xù)時(shí)間。 月雷暴日：一個(gè)月內(nèi)雷暴的天數(shù)，單位：d 季雷暴日：一個(gè)季度內(nèi)雷暴的天數(shù)，單位：d 年雷暴日：一年中雷暴的天數(shù)，單位：d （所有雷暴日都不能反映一天中雷暴發(fā)生多少次或雷暴持續(xù)時(shí)間） （2）月平均雷暴日：月雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：d 季平均雷暴日：季雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：d 年平均雷暴日：年雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：d 見書第18頁的表，例如蘭州的

2、雷暴日數(shù)是 23.6 d/a，屬多雷區(qū)。 長春的雷暴日數(shù)是 35.2 d/a，屬多雷區(qū)。,2.1.1.2 雷暴時(shí)（書第19頁） （1）雷暴時(shí)：在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽到一次或一次以上的雷聲就算 一個(gè)雷暴時(shí)。 （我國大部分地區(qū)一個(gè)雷暴日大約為3個(gè)雷暴時(shí)） 日雷暴時(shí)：一日內(nèi)發(fā)生雷暴的時(shí)數(shù)，單位：時(shí) 月雷暴時(shí)：一月中發(fā)生雷暴的時(shí)數(shù)，單位：時(shí) 季雷暴時(shí)：一季內(nèi)發(fā)生雷暴的時(shí)數(shù)，單位：時(shí) 年雷暴時(shí)：一年內(nèi)發(fā)生雷暴的時(shí)數(shù)，單位：時(shí) （2）平均雷暴時(shí) 平均日雷暴時(shí)：日雷暴時(shí)的多年平均結(jié)果，單位：時(shí) 平均月雷暴時(shí)：月雷暴時(shí)的多年平均結(jié)果，單位：時(shí) 平均季雷暴時(shí)：季雷暴時(shí)的多年平均結(jié)果，單位：時(shí) 平均年雷暴時(shí)：年雷暴時(shí)

3、的多年平均結(jié)果，單位：時(shí) （3）逐時(shí)年雷暴時(shí)：一天中某一小時(shí)內(nèi)在全年中的雷暴時(shí)數(shù)，時(shí) 平均逐時(shí)年雷暴時(shí)：逐時(shí)年雷暴時(shí)的多年平均結(jié)果，時(shí),2.1.1.3 雷暴月 （1）雷暴月：該月中發(fā)生過雷暴，而不論該月發(fā)生過多少天雷暴。 年雷暴月：一年中雷暴月數(shù)，單位：月 （2）平均雷暴月：年雷暴月的多年平均結(jié)果，單位：月 2.1.1.4 雷暴季節(jié) （1）雷暴季節(jié)：一年中雷暴所發(fā)生的月份構(gòu)成的時(shí)段，而不論在 這些月份中雷暴發(fā)生的天數(shù)。 （2）平均雷暴季節(jié)：雷暴季節(jié)的多年平均結(jié)果。 2.1.1.5 雷暴持續(xù)時(shí)期 （1）一年中初雷日與終雷日之間的天數(shù)，單位：d （2）平均雷暴持續(xù)時(shí)期：雷暴持續(xù)時(shí)期的多年平均結(jié)果，

4、天,2.1.2 雷電的空間分布參數(shù) 2.1.2.1 地面落雷密度 Ng ：每個(gè)雷暴日每平方千米上的平均落 雷次數(shù)，又叫閃電頻數(shù)。 單位是：km-2 d-1 一般取 式中 Td 是年平均雷暴日數(shù) 我國過電壓保護(hù)規(guī)程取地面落雷密度為 我國建筑物防雷規(guī)范GB50057-94使用,2.2 雷電流的波形及常用參數(shù) 雷電流具有電流所具有的一切效應(yīng)，不同的是它在短時(shí)間內(nèi)以 脈沖的形式通過強(qiáng)大的電流。尤其是直擊雷，它的峰值有幾十 千安培，甚至幾百千安培。 2.2.1 雷電流的波形 2.2.1.1 雷電流的波形 雷電流具有單極性的脈沖波形，大約有80% 90%的雷電流是 負(fù)極性的（負(fù)地閃）。 雷電放電具有重復(fù)性

5、，一次雷電平均包括3 4次放電，通常第 一次放電的電流幅值最高。,建筑規(guī)范64頁圖,2.2.1.2 雷電流波形畫法,書第22頁圖 實(shí)線 A 是對88次實(shí)測雷電流的取平均值 虛線 B 是對10次實(shí)測雷電流的取平均值,參看書第24頁的表2.3a,2.2.1.3 雷電流的等值波形 （1）雙指數(shù)等值波形（式2.7） 波形見圖2.4，幾個(gè)參數(shù)見表2.4 (2) 等值斜角波（式2.8） 波形見2.5 （參看書第25頁的表2.4）,（3）等值余弦波形（式2.9） 式中0為等值角頻率，它與 波頭f 時(shí)間之間的關(guān)系為： 該波形上的波頭上升部分的 最大陡度出現(xiàn)在t = f /2處： 書第27頁圖2.6,(4) 冪

6、指數(shù)波形（式2.10） 應(yīng)用實(shí)例（式2.11）（見右圖）： 書第27頁圖2.7 式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s,2.2.1.4 幾種常用的雷電過電壓波形及其近似表達(dá)式 （1）1.2/50s波形（式2.12） 這種波形是電氣電子設(shè)備絕緣耐受性能試驗(yàn)中常用的標(biāo)準(zhǔn)雷電過電壓脈沖波形。 式中：A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s 書第28頁圖2.8,(2) 0.5 100kHz衰減振蕩波形（式2.13和式2.14） 由雷電在低壓交流線路上引起的暫態(tài)過電壓常具有衰減振蕩波形，且第一個(gè)波的波頭時(shí)間很短。 式中 常數(shù) B=0.6025 k=0.52

7、5 A=1.159 書第28頁圖2.9 1 = 0.4791 s 2 = 9.7788 s 0=2105rad/s,（3）10/1000s 波形（式2.12） 通信線路上雷電暫態(tài)過電壓等值波形，用于對通信線路網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。 此時(shí)式中： A = 1.019 書第28頁圖2.10 1 = 3.827 s 2 = 1404 s,2.2.2 雷電流幅值的累計(jì)概率 對大量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)用經(jīng)驗(yàn)公式（式2.15）： 年雷暴日大于等20d/a 地區(qū)用： （參照書第29頁圖2.11） 式中，Im 是雷電流幅值（kA） P 是雷電流幅值超過 Im 的概率 例如： Im = 100 kA ，則 用

8、反對數(shù)表查 0.0741 得 1186，首數(shù) 表示真數(shù)P 的小數(shù)點(diǎn)位置，即 表明，每100次雷電放電大約有12次雷電流超過100千安培。,也可用式2.16 ： 如果用這個(gè)公式，上例的 年雷暴日小于或等于 20d/a 地區(qū)用： 上例的,2.2.3 雷電流的能量與頻譜 2.2.3.1 能量估算 雷電的能量被負(fù)載吸收，等效為右圖 負(fù)載電阻 RL 吸收的能量為 當(dāng)R0=RL滿足時(shí)，負(fù)載獲得最大能量，為 單位負(fù)載電阻吸收的能量（單位能量）為 參看書第32頁的表2.5和2.6,對于恒壓負(fù)載，看右圖 UL 是恒壓負(fù)載兩端的保護(hù) 元件動作之后的殘壓 是恒壓負(fù)載吸收的瞬時(shí)功率 參看書第32頁下面的式子 參看書第

9、33頁的表2.7,2.2.3.2 頻譜分析 對于圖2.7 式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s 圖2.7 它的頻譜函數(shù)為（式2.20）： 圖2.17,對于圖2.8 A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s 圖2.8 它的頻譜函數(shù)為（式2.21）： 圖2.17,對于圖2.9 圖2.9 它的頻譜函數(shù)為（式2.22）： 圖2.17,可見：波頭和波長時(shí)間長的波形（10/1000s）具有較低的轉(zhuǎn)折頻率 和較慢的衰減速度，而波頭時(shí)間短的（0.5s100kHz）衰減 振蕩波形具有較高的轉(zhuǎn)折頻率和較快的衰減速度 什么叫波特圖？ 采用半對數(shù)坐標(biāo) （頻率用對數(shù)分度

10、， 增益和相角采用線 性分度）并用折線 近似表示的幅頻特 圖2.17 性和相頻特性曲線 的圖叫波特圖。, 雷電流峰值比率的頻率分布：指每一個(gè)單一頻率的電流峰值對 整個(gè)雷電流波峰值之比的分布。 對于雙指數(shù)波形 書第34頁對此式變換推導(dǎo)得（式2.24） 這個(gè)式子的模I()就是雷電流峰值比率的頻率分布。 由此可見： 頻率越高，電壓峰值越低（1kHz以上的電壓峰值明顯下降）。也就是雷電流主要分布在低頻部分，隨著頻率的升高而遞減。 另外，在波前相同的情況下，波尾越長，低頻部分越豐富。, 雷電流峰值比率積累的頻率分布 雷電流的直接破壞作用表現(xiàn)為： 對設(shè)備的過電壓擊穿 沖擊能量很大的熱擊穿 把（2.24）式

11、對 進(jìn)行積分得（2.26式） 8/20s、 1.5/40s、 10/700s波形的90%峰值電流積累分別出現(xiàn)在24kHz、 87kHz、 11kHz附近。 波前越陡，諧波越豐富，受雷電影響的頻率范圍就越寬。,什么是諧波？ 如果電流或電壓是非正弦周期函數(shù)，可將非正弦周期信號展開成傅里葉級數(shù)，展開后的傅里葉級數(shù)具有無窮多項(xiàng)，每一項(xiàng)都是正弦或余弦函數(shù)，只是各項(xiàng)的頻率不相同，稱之為諧波。 例如右圖是一個(gè)周期性矩形波， 第46頁圖 用傅里葉級數(shù)展開，其表達(dá)式為 電路與電子電路書第46頁下面的圖,雷電波能量比率積累的頻率分布 書第36頁的結(jié)論： 雷電波能量比率積累的頻率分布表現(xiàn)在低頻部分增值快，頻率越高，

12、增值越慢。 雷電的能量大多分布在低頻部分。 對于8/20s、 1.5/40s、 10/700s這三個(gè)雷電波，90%以上雷電能量分布在頻率為十多千赫以下。 說明：在通信網(wǎng)絡(luò)中要防止十多千赫以下頻率的雷電波侵入，就 能吧雷電波的能量消減掉90%以上。,2.2.4 閃擊距離 閃擊距離的概念：當(dāng)下行先導(dǎo)最先到達(dá)地面上某一 物體的臨界定向范圍時(shí)，下行先 導(dǎo)定向地向這個(gè)物體發(fā)展，并使 之遭受雷擊。這種臨界定向距離 書第38頁圖2.21 稱為雷擊距（也叫閃擊距離、定 向距離）。見圖。 看書第37頁的圖2.18左邊的圖 圖2.18左邊的圖 這是雷擊距與電場強(qiáng)度的函數(shù) 關(guān)系的圖,試驗(yàn)表明：負(fù)雷擊的臨界擊穿強(qiáng)度為500kV/m 正雷擊的臨界擊穿強(qiáng)度為300kV/m 有人給出了雷擊距與雷電流之間的關(guān)系式： 此式對應(yīng)于書第38頁圖2.20中的曲線3, 雷擊距的大小與下行先導(dǎo)頭部的電位高低有關(guān)，與先導(dǎo)通道中攜帶的電荷密度有關(guān)。而先導(dǎo)中的電荷密度決定著隨