电气安全之雷电的频率和种类

　　雷电的发生频次
　　从地面和卫星的观测来看，全球每秒有30100次闪电发生（云闪和地闪总和），而全球一天闪电可达900万次，显然，地球大气中的电活动是非常活跃的。在活跃的雷暴系统上，从较低的地球轨道卫星向下俯视，每秒钟或更短时间就会看到类似一系列随机爆炸的闪光泡，较亮的闪电光会照亮母云。来自伽利略号木星探测飞船上的录像也显示了类似闪电导致的云层发光现象，但是没有地球上那么频繁。
　　在地球上，大多数的闪电发生在陆地上空，这是因为雷暴电荷产生和分离过程需要的初始条件是潮湿的热空气，而太阳辐射导致的陆地变热是产生热空气的最主要原因。通常，局地大气越热越潮湿，雷暴和闪电就越多。此外，空气温度随高度而降低也有助于暖湿空气的有效抬升。热带非洲以及印度尼西亚的部分地区，年雷暴日超过200天。美国俄勒冈和华盛顿海岸几乎没有闪电，因为太平洋使得这些区域的空气冷却，抑制了上升气流的运动。
　　雷电的种类
　　1。按闪电位置分类
　　按照闪电位置，闪电可分为两类：云地闪和云内闪。云地闪（地闪）是云内电荷和地面之间的放电；云内闪（云闪）是闪电通道不到达地面的放电。
　　完全发生在单个云（或单体）中的云内闪电被认为是云闪中最常见的，同时也是所有闪电中最常见的；发生在云和云之间的云闪被称为云际闪电；云和周围空气间的放电称为云空闪电。
　　因为空中飞行器，如飞机、小型飞机及运载火箭在高空飞行时，更易受到云闪的影响，所以在雷电防护中，更偏重对云闪的防护；大多数人、建筑物和动物都暴露于地面，因此，在雷电防护中，防护措施的设置更应该针对地闪。
　　在一些文献中，用来描述云闪或地闪的术语一一闪电、闪电放电和雷电，往往可以互用。
　　2。按放电形状分类
　　按放电形状分类，雷电可分为线状（枝状）雷、片状雷和球状雷。
　　（1）线状（枝状）雷
　　线状（枝状）雷是最常见的闪电，多数是云对地的放电，其形状类似线状或树枝状。线状（枝状）雷的电流强度特别大，平均可达几万安培，少数情况下可达20万A，可以毁坏和摇动大树。当它接触到建筑物的时候，常常造成雷击而引起火灾。
　　（2）片状雷
　　片状雷也是一种比较常见的闪电，多数是云中放电，其形状像是在云面上的一片闪光，经常在降雨趋于停止时出现。片状雷可能是云后面看不见的火花放电的回光，或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光，也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。
　　（3）球状雷
　　球状雷（球雷，俗称滚雷）是雷电放电时形成的火球，是发红光、橙光和白光等多种多样色彩的一种特殊雷电现象，近圆球形状的闪电，大多数球雷直径在10100cm左右，极端情况下直径可达数米；存在时间为数秒钟到数分钟；出现的概率约为雷电放电次数的2；其运动速度为12ms或更高一些；球雷是一团处在特殊状态下的带电气体。有人认为，球雷是包有异物的水滴在极高的电场强度作用下形成的。
　　球雷的危害较大，可以随气流起伏在近地空中自在滚动或逆风而行。在雷雨季节，球雷能从门、窗和烟囱等通道侵入室内，造成人员伤亡、火灾和爆炸事故。关于球状雷的产生机理，各国研究者进行了大量的研究，提出了几十个球状雷产生模型，能够解释球状雷的部分性质，但都不够完善。
　　球雷的体积较小，可以穿过大网格避雷网，因而采用避雷针、避雷线无法实现有效屏蔽，依靠防雷装置来防止球雷是很困难的，但可以做到局部防范，如：
　　1）雷雨天气关闭门窗。
　　2）雷雨天气地面不进行人工作业。
　　3）每年春秋两季均应对接地极进行测量，接地电阻超过规定数值，均应采取措施解决。
　　4）每年春秋两季均应对避雷设备进行检查。检查连接部分有无松动，接地线有无断线，一旦发现故障立即处理。
　　3。按预防雷电危害角度分类
　　按预防雷电危害角度分类，雷电可分为直击雷、感应雷和雷电侵入波。
　　（1）直击雷
　　雷云和地面目标之间的放电称为直击雷。如果雷云较低，周围又没有带导电性电荷的雷云，就在地面凸出物上感应出导电性电荷，此时大气中有电荷的积云对地电压可高达几亿伏。积云同地面凸出物之间的电场强度达到空气的击穿强度时，产生的放电现象称为直击雷。直击雷的放电过程如图82所示。雷云接近地面时，在地面感应出异性电荷，两者组成一个巨大的电容器。雷云中电荷分布的不均匀和地面的高低不平，造成电场强度的不均匀。当电场强度达到2530kVcm时，即发生雷云向大地发展的跳跃式先导放电，延续时间为0。0050。01s，平均速度为1001000kms，每次跳跃前进约50m，并停顿3050us。当先导放电达到大地时，即发生大地向雷云发展的极明亮的主放电。其放电时间仅50100us，放电速度为光速的1513，即为60000100000kms。主放电向上发展，到云端即告结束。主放电结束后继续有微弱的余光，余光延续时间为0。030。15s。
　　约50的直击雷有重复放电的性质，平均每次雷击有三四个冲击，最多能出现几十个冲击。第一个冲击的先导放电是跳跃式先导放电，第二个以后的先导放电是箭形先导放电，由于是循原通道再次放电，其放电过程能够迅速完成，放电时间仅为10s。一次雷击的全部放电时间一般不超过500ms。
　　（2）感应雷
　　感应雷又称为雷电感应或感应过电压，分为静电感应和电磁感应两种。
　　静电感应是由于雷云接近地面，在架空线路或其他导电凸出物顶部感应出大量异性电荷引起的，如图83所示。在雷云与其他部位放电后，架空线路或导电凸出物顶部的感应电荷失去束缚，以高电压冲击波的形式，沿线路或导电凸出物极快地传播。研究表明，放电流柱会产生强烈的静电感应。在先导放电阶段，由于流柱发展较慢，流柱中的电荷对邻近的架空线路或导电凸出物产生强烈的静电感应。主放电发生时，由于主放电速度比跳跃式先导放电的高得多（100倍左右），放电通道中的正、负电荷迅速中和，架空线路或导电凸出物上的感应电荷将转换成强烈的高电压冲击波。
　　电磁感应是由于雷击后，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电压。如果是开口环状导体，则开口处可能由此引起火花放电；如果是闭合导体环路，则环路内将产生很大的冲击电流。
　　（3）雷电侵入波
　　由雷击（直击雷击、感应雷击）在架空线路或空中金属管道上产生的冲击电压沿线路或管道的两个方向迅速传播的雷电波称为雷电侵入波。其传播速度为300mus（在电缆中为150mus）。