雷电基础及雷电活动特性3.pdf

5 5、雷电活动的几个、雷电活动的几个 问题探讨问题探讨 5.1 5.1 雷电密度定义雷电密度定义 闪电密度定义为：闪电密度定义为：每年每平方公里上每年每平方公里上 发生的总闪电次数该值能够较精确的反发生的总闪电次数该值能够较精确的反 映全年雷电活动的多少，单位是次映全年雷电活动的多少，单位是次/km/km2 2/a/a 观测数据表明，中国陆地的闪电密度平均观测数据表明，中国陆地的闪电密度平均 值值4.24.2次次/km/km2 2/a/a，极大值为，极大值为34.834.8次次/km/km2 2/a/a，， 位于广东省湛江地区，其次是广州市的位于广东省湛江地区，其次是广州市的 30.430.4次次/km/km2 2/a/a 5.25.2、雷电流波形描述、雷电流波形描述 5.2.1 5.2.1 雷电流波形雷电流波形  大量的实测结果显示，各种形式的雷击电流大量的实测结果显示，各种形式的雷击电流 脉冲可以简化为脉冲可以简化为三种三种简单的基本雷击电流脉冲，简单的基本雷击电流脉冲， 即即首次短时雷击首次短时雷击、、后续短时雷击后续短时雷击和和长时间雷击长时间雷击。

其中首次短时雷击和后续短时雷击的波形基本相其中首次短时雷击和后续短时雷击的波形基本相 似，实际上经常归纳为似，实际上经常归纳为短时雷击和长时间雷击短时雷击和长时间雷击两两 种基本雷电流波形短时雷击电流大致呈单极性种基本雷电流波形短时雷击电流大致呈单极性 的脉冲波形主要可采用三个参数来表示，即雷的脉冲波形主要可采用三个参数来表示，即雷 电流的电流的幅值幅值、、波头时间波头时间和和半幅值时间半幅值时间（图（图1.191.19） 5.25.2、雷电流波形描述、雷电流波形描述 图图 波头时间和半幅值时间示意图波头时间和半幅值时间示意图 5.25.2、雷电流波形描述、雷电流波形描述  图图1.191.19中中Q1Q1为虚原点，为虚原点，I I为峰值电流，为峰值电流，T1T1为波为波 头时间，头时间，T2T2为半值时间为半值时间波头时间波头时间和和幅值幅值所决定所决定 的雷电流上升变化率常称为雷电流的波头陡度，的雷电流上升变化率常称为雷电流的波头陡度， 它与雷电过电压和电磁干扰水平有直接影响它与雷电过电压和电磁干扰水平有直接影响 当当T T1 1=8=8，，T T2 2=20=20时，常称为时，常称为8/208/20雷电流波形；当雷电流波形；当 T T1 1=10=10，，T T2 2=350=350时，常称为时，常称为10/35010/350雷电流波形雷电流波形( (图图 1.20)1.20)。

5.25.2、雷电流波形描述、雷电流波形描述 5.25.2、雷电流波形描述、雷电流波形描述 5.35.3、雷电流幅值分布概率、雷电流幅值分布概率  根据我国现行推荐的行业标准根据我国现行推荐的行业标准《《交流电气装交流电气装 置的过电压保护和绝缘配合置的过电压保护和绝缘配合》》(DL/T 620(DL/T 620—1997)1997) 中雷电流幅值的累积概率分布公式为：中雷电流幅值的累积概率分布公式为：  lgP=lgP=- -I/88I/88 式中：式中：I I为雷电流幅值（为雷电流幅值（kAkA）；）；P P为幅值大于为幅值大于I I的雷的雷 电流概率对于年电流概率对于年雷电日数小于雷电日数小于2020天的地区天的地区（除（除 陕南以外的西北地区，内蒙古的部分地区外），陕南以外的西北地区，内蒙古的部分地区外）， 雷电流幅值较小，雷电流幅值较小，P P可按下式计算可按下式计算  lgP=lgP=- -I/44I/44 5.35.3、雷电流幅值分布概率、雷电流幅值分布概率  雷电流幅值概率分布一直是国内外防雷界非雷电流幅值概率分布一直是国内外防雷界非 常重视的雷电参数之一，在绕击和反击防雷计算常重视的雷电参数之一，在绕击和反击防雷计算 中占据十分重要的位置，国内外使用的雷电流幅中占据十分重要的位置，国内外使用的雷电流幅 值分布表达式不同。

根据值分布表达式不同根据湖北地区湖北地区近三年闪电资近三年闪电资 料绘制出雷电流幅值累计概率分布曲线（见图料绘制出雷电流幅值累计概率分布曲线（见图 1.211.21），从图），从图1.211.21可以看出，闪电强度（含正、可以看出，闪电强度（含正、 负闪电）负闪电）大于大于30kA30kA的概率在的概率在50%50%以下，大于以下，大于40kA40kA的的 概率在概率在25%25%左右，大于左右，大于60kA 60kA 的概率在的概率在8.1%8.1%，大于，大于 100kA100kA的概率的概率1.56%1.56%，大于，大于150kA150kA的概率的概率0.37%0.37%，大，大 于于200kA200kA的概率仅有的概率仅有0.12%0.12% 5.35.3、雷电流幅值分布概率、雷电流幅值分布概率 0204060801001200102030405060708090100110120130140150160170180190200闪电流强度/kA累计频率/%监测曲线 拟合曲线5.35.3、雷电流幅值分布概率、雷电流幅值分布概率 由上述可知，湖北地区的闪电强度不超过由上述可知，湖北地区的闪电强度不超过60kA60kA的的 约占约占92%92%，因此，该地区的雷电防护工程设计中，，因此，该地区的雷电防护工程设计中， 可以根据不同雷电防护水平进行设计。

可以根据不同雷电防护水平进行设计 AndersonAnderson根据根据BergerBerger实测数据，提出的雷电流幅实测数据，提出的雷电流幅 值分布公式：值分布公式：  式中式中P P为大于某一雷电流幅值的累积概率（为大于某一雷电流幅值的累积概率（% %）；）；I I 为雷电幅值电流（为雷电幅值电流（kAkA）；）；a a为中值电流，即雷电流为中值电流，即雷电流 幅值大于幅值大于a a的概率为的概率为50%50%；；b b（（b>1b>1）为雷电流幅值）为雷电流幅值 累积概率曲线拟合指数，体现曲线变化程度，相累积概率曲线拟合指数，体现曲线变化程度，相 当于曲线斜率的绝对值，当于曲线斜率的绝对值， baIP)(11 5.35.3、雷电流幅值分布概率、雷电流幅值分布概率 b b值越大表示幅值概率曲线下降程度越快，电流值越大表示幅值概率曲线下降程度越快，电流 幅值集中性越强经统计分析，当幅值集中性越强经统计分析，当a=29.2a=29.2，， b=3.4b=3.4时，根据雷电流幅值分布公式计算，绘制时，根据雷电流幅值分布公式计算，绘制 图图5 5中的拟合曲线；从图中的拟合曲线；从图5 5可以看出，拟合曲线可以看出，拟合曲线 与实际监测曲线基本相同，实测值与计算值相与实际监测曲线基本相同，实测值与计算值相 关系数高达关系数高达0.999980.99998。

因此，在实际防雷工程设因此，在实际防雷工程设 计中，计中，可根据方程：可根据方程： 可求出湖北地区大于某雷电流幅值的累积概率可求出湖北地区大于某雷电流幅值的累积概率 4 . 3)2 .29(11 IP 5.45.4、关于绕击率的问题、关于绕击率的问题  绕击是指雷电击中在接闪器保护范围内的被绕击是指雷电击中在接闪器保护范围内的被 保护物上的雷击现象保护物上的雷击现象雷电先导的发展起初是不雷电先导的发展起初是不 确定的确定的，，直到先导头部电压足以击穿它与地面目直到先导头部电压足以击穿它与地面目 标间的间隙时标间的间隙时，，也即先导与地面目标的距离等于也即先导与地面目标的距离等于 击距时击距时，，才受到地面影响而开始定向才受到地面影响而开始定向根据根据《《建建 筑物防雷设计规范筑物防雷设计规范》》中的有关规定和提供的电气中的有关规定和提供的电气- - 几何模型：几何模型： 65.0*10Ihr5.45.4、关于绕击率的问题、关于绕击率的问题 式中的为雷闪的最后闪络距离（击距），也可规式中的为雷闪的最后闪络距离（击距），也可规 定为滚球半径；定为滚球半径；I I是指与相对应的得到保护的最小是指与相对应的得到保护的最小 雷电流幅值（雷电流幅值（kAkA），即比该雷电流小的雷电流可），即比该雷电流小的雷电流可 能击到被保护的空间。

能击到被保护的空间  根据电气根据电气- -几何模型公式可以计算出，第一、几何模型公式可以计算出，第一、 第二、第三类防雷建筑物所对应的得到保护的最第二、第三类防雷建筑物所对应的得到保护的最 小雷电流幅值分别是小雷电流幅值分别是5.4kA5.4kA、、10.1kA10.1kA和和15.8kA15.8kA，，也也 就是说当雷电流幅值小于上述幅值时，在接闪器就是说当雷电流幅值小于上述幅值时，在接闪器 保护范围内被保护物体，有可能遭受直击雷的危保护范围内被保护物体，有可能遭受直击雷的危 害统计武汉地区武汉地区闪电资料显示，雷电流幅闪电资料显示，雷电流幅 5.45.4、关于绕击率的问题、关于绕击率的问题 值小于值小于5.4kA5.4kA、、10.1kA和和15.8kA15.8kA的概率分别是的概率分别是1.3%1.3%、、 3.3%3.3%和和11.5%11.5%由表1 1可知，武汉地区建筑物直击可知，武汉地区建筑物直击 雷保护范围按照一、二、三类防雷类别设计时，雷保护范围按照一、二、三类防雷类别设计时， 可能会有可能会有1.3%1.3%、、3.3%3.3%和和11.5%11.5%的绕击率发生；也就的绕击率发生；也就 是说，武汉地区第一、第二、第三类防雷建筑物是说，武汉地区第一、第二、第三类防雷建筑物 直击雷防护效率为直击雷防护效率为98.7%98.7%、、96.7%96.7%、、89.5%89.5%左右。

对左右对 于特别重要的场所，如需进一步提高直击雷防护于特别重要的场所，如需进一步提高直击雷防护 效率，在直击雷防护保护范围计算时，可以根据效率，在直击雷防护保护范围计算时，可以根据 需要减小滚球半径值，以进一步减小绕击率需要减小滚球半径值，以进一步减小绕击率 5.45.4、关于绕击率的问题、关于绕击率的问题 5.55.5、关于反击率的问题、关于反击率的问题  为了防止雷击电流流过防雷装置时所产生的为了防止雷击电流流过防雷装置时所产生的 高电位对保护物的建筑物或其有联系的金属物发高电位对保护物的建筑物或其有联系的金属物发 生反击，应使防雷装置与这些物体之间保持一定生反击，应使防雷装置与这些物体之间保持一定 的安全距离根据的安全距离根据《《建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范》》中的中的 有关规定，安全距离按电阻电压降和电感电压降有关规定，安全距离按电阻电压降和电感电压降 相应求出的距离相加而得地上部分的安全距离相应求出的距离相加而得地上部分的安全距离为：为： LxRi aEdtdihLEIRS..05.55.5、关于反击率的问题、关于反击率的问题 式中式中SaSa为地上部分安全距离为地上部分安全距离(m)(m)；； I I为雷电流幅值为雷电流幅值 (kA)(kA)；；R Ri i为接地装置的冲击接地电阻为接地装置的冲击接地电阻(Ω)(Ω)；；E ER R为为 电阻电压降的空气击穿强度电阻电压降的空气击穿强度(kV(kV／／m)m)，取值为，取值为 500kV500kV／／m m；；L L0 0为为引下线或避雷针的单位长度电为为引下线或避雷针的单位长。