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        淺析雷電的產(chǎn)生及危害

        2017-12-27 05:12:22邢艷榮秦佳偉
        數(shù)碼世界 2017年2期
        關(guān)鍵詞:冰粒雷云云層

        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,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,地球上任何時候都有雷電在活動。據(jù)統(tǒng)計,每秒鐘造就1800陣?yán)子辏殡S600次閃電,其中就有100個雷落到地面,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(fā)展規(guī)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(yīng)的防護措施,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(chǎn)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(qū)動下,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(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(fù)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(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的電場,其電位差可達數(shù)十至數(shù)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(fā)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(chǎn)生沖擊波導(dǎo)致強烈的雷鳴。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,因此對地面設(shè)備相對造成災(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,而是逐級向下推進的,其平均發(fā)展速度較慢,相對應(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,會從地面的突出物、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,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,主放電到達云端時主放電過程就結(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。余光階段對應(yīng)的電流不大,但持續(xù)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(zhì)、熱性質(zhì)和機械性質(zhì)的破壞。根據(jù)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(chǎn)生極高的對地電壓,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毀壞發(fā)電機、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)生迅速變化的強大磁場所致。這種磁場能在附近的金屬導(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(tǒng)過電壓防護有著十分重要的現(xiàn)實意義。

        [1]姚堯,李健,李涵,阮羚,周文俊,唐澤洋.基于山區(qū)雷電先導(dǎo)發(fā)展的改進電氣幾何模型仿真研究[J].高電壓技術(shù).2015(05)

        [2]尹娜.雷電危害風(fēng)險評估研究[D].南京信息工程大學(xué)2006

        [3]孫丹峰,季幼章.雷電的危害及實例分析[J].電源世界.2016(01)

        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:自動控制工程。

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