淺析雷電的產生及危害

邢艷榮 秦佳偉

1.烏海職業技術學院 2.內蒙古君正能源化工股份有限公司

淺析雷電的產生及危害

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1.烏海職業技術學院 2.內蒙古君正能源化工股份有限公司

統計數據表明雷電是一種常見的自然現象，危害巨大。本文就雷電的產生和發展做了詳細描述，從專業角度分析雷電放電過程和特點，列舉了雷電的危害及途徑。

雷電 產生 危害

雷電災害是嚴重的自然災害，地球上任何時候都有雷電在活動。據統計，每秒鐘造就1800陣雷雨，伴隨600次閃電，其中就有100個雷落到地面，造成建筑物、電力系統、通訊和電子設備的破壞，引起火災，傷及人畜，每年經濟損失約10億美元，死亡3000人以上，破壞力十分巨大。人類對于雷電的研究從未停止過，只有掌握了雷電的形成和發展規律，弄清楚雷電究竟是通過那些途徑進行破壞的，才能有針對性的采取相應的防護措施，盡可能減少危害。

1 雷電的產生和發展

雷云的成分就是水和熱，成群的濕空氣受熱后便上升，達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，這個過程就是所有云形成的基本步驟。不過要產生閃電還得再進一步，一旦條件吻合，在充足的水份和熱量的驅動下，小云層逐漸變大溶合為更大的云層，持續地上升，有些水滴因為太重上升的氣流承受不了便下降成雨，另一股更強的氣流把小水滴不斷向上推，小水滴在云層的最上端結凍而成為小冰粒。水份不斷結冰凝聚在小冰粒上面，使之變大成為冰雹，再穿越云層降落，下降時與上升的小水滴交匯而造成無數的小擦撞，每一次撞擊都會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電，整個云層最后像一個巨大的電池一樣充滿了電能，上方是正電，下方是負電，釋放電能的時候到了。

雷云帶電的過程為：首先由水和熱形成云，繼而形成冰粒，在強烈的空氣對流作用下，冰晶下降碰撞水滴使之破碎，從而產生電荷。這些電荷在雷云與雷云之間、雷云和大地之間形成了很強的電場，其電位差可達數十至數百兆伏。一旦空間電場強度超過大氣電離的臨界電場強度，就會發生雷云之間或雷云對大地的火花放電，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，從而產生沖擊波導致強烈的雷鳴。云際閃發生的概率比云地閃大的多，但因它發生在數千乃至數萬米的高空，因此對地面設備相對造成災害性影響要小，所以我們主要研究云地閃。

用高速攝影機可以拍攝到的負雷云下行雷放電過程的光學照片。雷云對地放電通常包含若干次重復的放電過程，每次放電一般都由先導、主放電和余光三個主要階段組成。第一次從雷云向大地發展的先導不是連續向下發展的，而是逐級向下推進的，其平均發展速度較慢，相對應的電流也較小。雷云與先導在地面上感應出異性電荷。當先導接近地面時，會從地面的突出物、金屬等部分發出向上的迎面先導。當迎面先導與下行先導相遇時，便開始主放電過程，出現極大的電流并伴隨雷鳴和閃光。主放電時間極短，約為50-100微秒，速度比先導快得多。主放電的過程是逆著負先導的通道由下向上發展的，主放電到達云端時主放電過程就結束了，然后云中的殘余電荷經過主放電通道繼續流向大地，成為余光放電。余光階段對應的電流不大，但持續時間較長。

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、熱性質和機械性質的破壞。根據雷電危害特點的不同，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，令在雷擊點及其連接的金屬部分產生極高的對地電壓，可能直接導致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。直擊雷產生的數十萬至數百萬伏的沖擊電壓會毀壞發電機、電力變壓器等電氣設備絕緣，燒斷電線或劈裂電桿造成大規模的停電，絕緣損壞可能引起短路導致火災或爆炸事故。

2.2 感應雷

感應雷分為靜電感應和電磁感應兩種。靜電感應是由于雷云接近地面，在地面凸出物頂部感應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。電磁感應是由于雷擊后，巨大雷電流在周圍空間產生迅速變化的強大磁場所致。這種磁場能在附近的金屬導體上感應出很高的電壓，造成二次放電或電磁干擾，從而損壞電氣設備或干擾系統和設備正常工作。

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備的絕緣，使高壓竄人低壓，造成嚴重的觸電事故。屬于雷電入侵波造成的雷電事故很多，在低壓系統這類事故約占總雷害事故的70%。例如，雷雨天，室內電氣設備突然爆炸起損壞，或是人在屋內使用電器或打電話時突然遭電擊都屬于這類事故。

以上知識對理解和使用防雷措施，做好電力系統過電壓防護有著十分重要的現實意義。

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邢艷榮，（1982—），女，內蒙古豐鎮市人，講師，2004年畢業于內蒙古科技大學工學學士，主要研究方向：自動控制工程。