这些感应正电荷在屋顶上的聚集速度取决于先导发展的速度，因为先导发展的速度约比回击速度小100倍，所以在先导发展阶段，金属屋顶上
有足够的时间来聚集大量正电荷。这些正电荷受到先导通道中负电荷的束缚，不能自由运动。当先导发展到附近地面时，回击过程便开始，先导通道
中携带的负电荷将被地面上的正电荷自上而下地迅速中和，伴随着负电荷的消失，金属屋顶上的正电荷将失去束缚，变为自由电荷，但由于屋顶金属
体与地之间的电荷流散路径上存在着数值可观的电阻，这些被释放的正电荷不能以与回击发展同样的速度来消散。在回击后的短时间内，可以近似认
为金属体上仍有大量正电荷存在，于是金属体与地之间将构成一个电容器，金属体对地将具有一个高电位，它可用下式来表示：
上式中的实际是金属体上感应电压的最大值。随后，金属体上正电荷将通过建筑结构中的路径向地流散，设该流散路径的电阻为R，这种电荷流散过
程本质上是一个一阶RC电路的零输入响应过程，因此建筑物金属屋顶的对地电压u将按以下规律变化：式中ｕ——金属体电位；Q——金属体上
的电荷；C——金属体对地电容。雷电流的大小与许多因素有关，各地区有很大差别，一般平原地区比山地雷电大（图2.13
），正闪击比负闪击大，第一闪击比随后闪击大。如２.1３所示的是圣萨尔瓦托山的101次负闪击，26次正闪击得到的电流峰值累积概率分布
图。101次负闪击的中值电流为30kA，而26次正闪击的中值电流为35kA。事实上从1936年至1971年间电流超过100kA的都
是正极性。在北美州等地区得到了正极放电极其强烈的结论。I（kA）雷电流峰值图2.13雷电流峰值的累积概率分
布二、雷电流的波形1、雷电波形作图如图，先由纵轴上的0.1、0.9、和1.0三个刻度作三条横轴的平行，
前两条平行线分别与波形曲线的头部分别相交于A、B两点，过A、B两点作一条直线,该直线与第三条平行线和横轴分别相交于C、D两点，由C
点引横轴的垂线,其垂足E点与D点之间的时间即定义为波头时间，用t1表示。为了定义波长时间,再由纵轴上0.5刻度作横轴的平
行线，该平行线与波形曲线的波尾部分相交于F点，从F点引横轴的垂线，垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用t2表示。由于波长
时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间，它习惯上也被称为半幅值时间。在定义了波头和波长时间后，单极性雷电流脉冲波形可计为t1/t
2,这里t1和t2一般采用?s作单位。浪涌电压现象描述方法t1μsFt20.11.00.90.5AC
DG极短时间IB电流（kA）/电压（kV）时间图2-1波头和波长时间的定义方法三、雷电
流的实测波形雷电流的实测波形四、首次及雷击的雷电流参量?雷电流参数防雷建筑物类别一类二类三类I幅值
（Ka）200150100T1波头时间（?s）101010T2半波值时间（?s）350350350QS电荷
量（c）1007550W/R单位能量（MJ/?）105.62.5五、后续雷击的雷电流参量雷电流参数
防雷建筑物类别一类二类三类I幅值（kA）5037.525T1波头时间（?s）0.250.250.25T2半
波值时间（?s）100100100T1/T2平均突度（kA/?s）200150100六、长时间雷击的雷
电流参量雷电流参数防雷建筑物类别一类二类三类Q1电荷量（c）200150100I幅值（Ka）20
0150100T时间（s）0.50.50.5注：平均电流I=Q1/T七、雷击概率分析（符合IEC61024-1）
闪击的概率分布正闪击和负雷击特性小结?雷击是强大的脉冲放电现象，它具有电的一切特性；?雷电之所
以破坏性很强，主要是因为它把雷雨云蕴藏的能量在短短的几十微秒放出来，从瞬间功率来讲，它是巨大的；?雷电流总是集中在
电阻最小的地方流通（重要）。雷击电磁脉冲属于高频（10KHZ—几百KHZ）范围，所以工频（50HZ）下的参数及定律已经不适用了。
许多雷击过电压导致的物理现象的物理量都是电流I的函数。雷电的危害雷电是指：云际（云层—云层）、云地（云层—大地）
、云空（云层—晴空）之间迅猛的脉冲放电，产生强烈的闪光，并半随巨大的响声，一种既可怖又壮观的大气物理现象。自然界这种强大的放电现象
能够通过各种途径危害地面的物体。对电子设备的雷电危害有以下三种：分雷电流：雷电直接击中物体并沿导线或电缆流过大量的雷电
流，持续时间达若干微秒。电磁感应：通过雷云之间或雷云对地的放电，在附近的架空线路、埋地线路、钢轨或类似传导体上产生的感应过电压。
地电位升：雷电流通过接地装置流入大地所引起的大地电位升高，危害设备对地的绝缘。雷电是严重的自然骚扰源按骚扰源性质分类EMC
研究对象之一雷电的危害LEMP作用的两种主要途径对象：信息设备、电子、电气系统途径一：通过电线电缆的耦合作用在终端设备的
输入、输出端口，产生过电压、过电流。途径二：以辐射方式直接作用于设备，在其薄弱环节上产生过电压、过电流。致灾原因：微电子化、元
件高度集成，工作电压低。技术与制造水平高度发展，带来的负面影响：设备的脆弱性和敏感性。直击雷的危害一、雷电流的热效应
在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以在雷击点局部范围
内产生高达6000~10000?C，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线
路熔断。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。
1、雷击点处热量现代建筑、高层、金属结构，兼作防雷装置，引导雷电流。雷电流作用，对金属物体的破坏作用必须考虑，雷
击金属物时，雷电放电通道直接与金属物接触，在雷击点产生的热量可通过在雷电流持续时间内的积分来计算。2、雷电流的热效应
由于雷电流的作用时间很短，在计算雷击点处的温升以及雷电流通过金属物体所产生的温升时，均可忽略散热的影响，
当温升值过高时，就会造成金属的熔化。由试验和理论计算，可估计出注入单位电荷作用下几种常用金属的熔化体积当量为
铝：12mm3/c；铜：5.4mm3/c；钢：4.4mm3/c。在通常情况下，雷电流幅值虽然很高，
但其作用时间却很短，只能产生局部瞬时的高温，使雷击点处局部小面积的金属发生熔化，对于大面积的金属物体，雷电流热效应的熔化能力是相当
有限的。如果金属屋面和金属罐等大型物体的钢板壁厚超过4mm时，则可直接承受雷击，即可用于接受直击雷电流。
实际上，当雷电流流过建筑体内的金属物体（如各种结构钢筋或铝合金导条等）时，所产生的热效应温升常不足以使这些导体熔化，这
是因为从雷击点经过分流后，流过各导体通路的雷电流将减小，而导体通路的尺寸又较大。但如果雷电流侵入建筑物内电气或电子线路时，往往会使
它们熔断，因为这些线路的导体截面较小，难以耐受雷电流的热效应。另外，严重的热效应还会出现在雷电流通路上有较高电阻
的地方，特别是那些引流导体之间的接触不良处，在这些地方常可能出现金属熔化，有时甚至出现熔体飞溅。这种飞溅熔体产生的火花对存储易燃易
爆物品的建筑物来说，是极具危害性的。雷击电流热效应使设备烧损的事例二、雷电流的机械效应与冲击波效应雷电的直接破
坏作用除了热效应外，还有机械效应和冲击波。在雷云对地放电时，这两种效应与热效应一样，均能对地面被击物体造成严重损害。但从危害的方式
来看，两者有所不同，前者是产生电动力和内压力，后者则是产生冲击波。下面将讨论机械效应与冲击波效应的产生机理及其破坏作用。1、机械
效应在发生雷击时，雷电的机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式：一、是雷电流流过金属物体时产生的电动力
；二、是雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力。由电磁学可知，在载流导体周围的空间存在着磁场，而在磁
场中的载流导体又会受到电磁力的作用。图中绘出两根载有相同方向雷电流的长直导体，导体A上的电流在其周围空间产生磁场，而导体B在这
一磁场中将受到一个电磁力的作用，其方向垂直指向导体A。同样，导体B上的电流也会在其周围空间产生磁场，得处在该磁场中的载流导体A也
受到一个电磁力的作用，其方向垂直指向导体B。于是，在这两根平行载流导体之间就存在着电磁力的相互作用，这种作用力称为电动力。按安培
定律，不难推导出图中所示两根长直平行载流导体之间的电动力计算公式：式中i1、i1——两根平行导体上的电流。kA；
d——导体之间的距离，m；F——单位长度导体的电动力，kg/m。i1i2(a)平行导体间(b)弯曲导
体中aiiABAPB成直角时a点受力最大，电动冲力可使a折断，因此安装避雷带角处必须是钝角
。由于雷电流的峰值很大，作用时间短，产生的电动力有巨大的冲力。另外，对于同一根载有雷电流的弯曲导体或金属个构件，如
图所示，其中AP段的电流i所产生的磁场可使PB段受到电动力的作用，同样PB段电流i所产生的磁场也会使AP段受到电动力的作用，当这种
电动力足够大时，就可能会使导体或构件受到破坏。由安培定律可知，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，
拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以当拐弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对
较小。由图可见，在电动力作用下，两根导体之间将相互吸引，有靠拢的趋势。同理，如果i1与i2反向，则两根导体在电
动力的作用下就会相互排斥，有分离的趋势。因此，在雷电流的作用下载流导体就有可能会变形，甚至会被折断。由安培定
律可知，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以当拐弯夹角为
锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小。因此，在防雷设计与施工中，避雷引下线的走线方式应
尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，应采取钝角并带圆弧向下走线，而应避免采用锐角或绕直角向下走线，如图所示。当避雷引下线非要走锐
角路径不可时，应在线路的锐角拐弯处采取牢固的机械固定措施，以防被电动力拉动。图：载有雷电流的弯曲导
体受力示意图：引下线的走线方式（a）正确（b）不正确飞机被雷击坏在被击物体内部产生
内压力是雷电流机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时
地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一
种爆炸力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌。有关这类现象，国内外均时有报道，下图为两个典型的实例。树木被雷击而折断树木劈裂和
建筑物的崩塌在雷云对地放电过程中的回击阶段，放电通道中既有强烈的空气游离又有强烈的异性电荷中和，通道中瞬时温度非
常高，这使得通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。同时，通道外围附近的冷空气被严重压缩，在冲击波波前到达
的地方，空气的密度、气压和温度都会突然增大，产生剧烈振动，这种冲击波与爆炸时产生的冲击波是类似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到
破坏或伤害。冲击波向外传播的速度远大于声速，但很快就会衰减，转化为声波，于是人们就能够听到雷鸣声。冲击波的强度与回击时雷电流的大小
有关，其破坏作用与波阵面气压和环境大气压有关。2、冲击波效应雷击电磁脉冲的危害一、雷电的静电感应
雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压比以上所述的直接破坏作用具有更
大的危害范围，它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚至造成人员伤亡，因此，在防雷设计中，一直受到关注。1、在建筑物顶部金属体
上的静电感应城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体的建筑物，例如半球形铜壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮包装屋顶
的建筑物。当这种建筑物上空有雷云生成并向下发展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物顶部的金属体上将出现反极性的
感应电荷，如图所示。金属屋顶上的静电感应在该图中示出的是常见的负雷云对地放电，雷云及下行先导通道中的电荷为负，而
在建筑物金属屋顶上感应出的电荷为正。梯(级）式先导：先导注流开始产生时，是不连续的，表现为一个一个的脉冲相继向发展，其平
均速度也约为105-106m/s，各脉冲间隔约为30—90?s，先导注流继续向地面发展，呈现为一
条暗淡的光柱像梯级一
样逐级伸向地面，称之为梯（级）式先导。
梯（级）式先导的特征：
在每梯级的顶端发出较
亮的光。在梯式先导中，
放电是沿着空气电离最
强最容易导电的路径发
展的，但由
于电荷是随
机分布的，梯式先导在
大气中常呈现出蜿蜒曲
折地行进行通道，并产
生许多向下发展的分枝。
梯式先导的平均传播速度也约为3.0?105m/s，其变化范围1.0?105m/s—2.6?06m/s左右，梯式先导由若干个单
级先导组成，而单个梯级的传播速度则快得多，一般为5?107m/s左右，单个梯级的长度平均为50m左右，其变化范围为30-120m
左右，梯式先导通道的直径较大，变化范围为1-10m。连接先导：当具有负电位的梯式先导到达地面附近，离地约5-5
0m时，可形成很强的地面大气电场，使地面的正电荷向上运动，并产生从地面向上发展的正流光，这就是连接先导。连接先导大多发生与
地面凸起物处。回击：当梯级先导与连接先导会合，形成一股明亮的光柱，沿着梯式先导所形成的电离通道由地面高速
冲向云中，这称为回击。?回击通道的直径平均为几厘米，其变化范围为0.1-23cm；回击的特征：?回击具有较强的的放电
电流，峰植电流可达104A量级，因而发出耀眼的光芒，因而回击比先导亮得多；?回击的传播速度也比梯式先导的速度快得多，平均为
5?107m/s左右，变化范围为2.0?107m/s到2.0?108m/s左右；?负地闪中绝大部分
负电荷已在先导放电时储存在先导主通道及其分枝中，当回击传播过程中便不断中和掉储存在先导主通道和分枝中的负电荷。图
：梯式先导，箭式先导，回击连接点：从地面向上发展起来的反向放电，不仅具有电晕放电，还具有强的正流光，它与向
下先导会合，其会合点称连接点，有时称之连接先导的向上流光，若向上流光是在向下先导到达放电距离的同一瞬间开始发展，则连接先
导高度约为放电距离一半。第一闪电：由梯式先导到回击这一完整的放电过程称为第一闪电。箭式先导：紧接着第一
闪击之后，约经过几十毫秒的时间间隔，形成第二闪击，这时又有一条平均长度为50m的暗淡光柱，沿着第一闪击的路径由云中直冲地面没
，这种流光称为箭式先导。箭式先导是沿着预先电离了的路径通过的，它没有梯式先导的梯级结构，箭式先导的传播速度大于梯式
先导的平均传播速度，平均值为2.0?106m/s，变化范围为1.0?106m/s-2.1?07m/s左右，箭式先导通道直径变化
范围亦为1-10m左右。当箭式先导到达地面附近时，地面又产生向上发展的流光与其会合，即产生向上的回击以一股明亮的光柱沿着箭式先导
的路径由地面高速驰向云中。由箭式先导道回击这仪完整的放电过程称为第二闪击，第二闪击的基本特征与第一闪击是相同的，而以后各次闪击的情
况与第二闪击的情况基本相同。单次闪击和多次闪击：由一次闪击构成的地闪称为单此低闪，由多次闪击构成的地闪称为多闪击地闪。下图给出
用照相法摄取的多闪击照片。一次闪电过程由12次闪击构成。第一闪击后的各闪击称为随后闪击。通常一次地闪过程多由2—4次闪击构成，
个别地闪过程的闪击数可达26次之多。多闪击地闪各闪击间隙时间，在无连续电流的情况下平均为50ms左右，变化范围为3—38ms
。一次地闪的持续时间平均为0.2S左右，变化范围为0.01—2S左右。小结雷电是天气现象之一。在
雷云的形成过程中，某些云团带有正电菏，另些云带有负电荷。它们对大地的静电感应使地面产生异性电荷。当这些云团电荷积聚到一定程度时，不
同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度就可击穿空气（一般为25～30kV/㎝）开始游离放电。我们称这种游离放电为“先导放电”，
云团对大地的先导放电是云团向地面跳跃（梯级）式逐渐发展的，当它到达地面时（高出地面的微生物、架空输电线等），便会产生由地面向云团的
逆主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流（一般为几十kA至百kA），随之发生强烈放电闪光，这就是闪电；强
大的电流把闪电通道内的空气急剧加热到一万度以上使空气骤然膨胀而发出巨大响声，这就是雷，这就形成了雷电。简述直击雷
由于城市具有热岛效应，当市区上空出现雷云时，由于雷云负电的感应，使附近地面或地面上的建筑物积聚正电荷，从而地面与雷云间形
成强大的电场。当某处积聚的正电荷密度很大，激发的电场强度达到空气游离的临界值时，雷云便开始向下方阶梯式放电，称为下行先导放电。处于
市区的高层建筑物周围空间的电荷浓度较大，易形成向雷云方向的上行先导放电,当这个先导逐渐接近地面物体并达到一定距离时，地面物体在强电
场作用下产生尖端放电，形成向雷云方向的先导并逐渐发展成上行先导放电，两者会合形成雷电通路，引发直击雷。因此，应对处于市区及其附近的
建筑物的直击雷防护引起特别重视。雷电的分类大量的观测事实表明：大地被雷击时，多数是负电荷从雷雨云向大地放电，
称之为负地闪；少数是正电荷从雷雨云向大地放电，称之正地闪。云层是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说是
云地间的电场强度。在一块雷雨云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷雨云上的正电荷向大地放电。雷电的产生小结物
理特征物理特征：雷电放电过程雷电放电由带电荷的雷云引起大多数的放电发生在雷云之间
－不危险！少数的放电发生在雷云和大地之间－危险！！对地放电的雷云大多数带负电荷，实
测75～90％理解以下几点：雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放被击物体的电位
取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程人们能够测知的电量，重要是流过被击物体
的电流物理特征：雷电放电基本参数先导放电平均速度：1.5x105m/s，数百安主放电：2x107~1.5x108m/s，几十
~几百kA闪电的平均功率P=Imax?U=104A?108V=1012W10亿千瓦,
远远超过世界上任何发电厂的输出功率!瞬时值,作用时间非常短!不产生太大破坏力!闪电的平均能量
W=0.5Qg?U=0.5?20C?108V=109J300kWh,仅相当于100W灯泡连续照明100多
天!能量小,利用价值不大!物理特征：雷电放电基本参数物理现象-宏观从积雨云密布到闪电发生，会出现三
种物理现象：首先是云中静止电荷产生静电场，出现静电感应现象。地面及各种导体会产生感应电荷，呈显静电场的
作用。这种作用随距离的增大而迅速减小，与距离的三次方成反比。积雨云中电荷移动（包括闪电）会产生磁场，磁场
强度变化会出现电磁感应现象。感应场产生的作用随距离的增大而减小较快，与距离的二次方成反比。闪电发生时，
会出现电磁波辐射。辐射场也随距离的增大而减小，但比较平缓，与距离的一次方成反比。物理现象-微观微观的雷
电流变化特性（峰值、波形）与雷电的破坏作用密切相关。现代防雷装置正是根据雷电流的物理特性设计的。1975年Berger等人长期观测
统计结果。峰值电流：决定闪电的机械力和电动力作用大小及雷灾的危害程度。到达峰值
的时间：值越小，冲击力越大，选用防雷元件时需要考虑响应时间。最大电流变化率：决定闪电的电磁感应强弱，电子
设备防雷技术需特别重视这个参量。半峰值时间或到达波尾中值时间：这个时间越长，热效应越大，元器件越容易损坏
，也易于引起火灾。超过100μs则属于“热闪电”。雷电放电的危害形式和雷击选择性一、危害形式雷电流的热效应的破坏作用
雷电的冲击波的破坏作用雷电流的电动力效应的破坏作用雷电的静电感应的破坏作用雷电流的电磁感应的破坏作用雷电反击和
引入高电位球形雷的破坏作用数据线缆TV电话230/400VMCR110kVABCCompany移动
基站2km雷电流传播的途径耐受能量的变化Damagingenergy/摧毁能量电动机/发电机滤波器线圈电
子管继电器电容器二极管晶体三极管计算机部件集成电路能量(Ws)10...可能损坏肯定损坏无损坏-
10-9-8-7-6-5-4-3-2-10+
1+2+3+4+5+6+7μwsμwsWsKWsMWsTT06CN1
8.11.98雷电流的特征雷电流的波形一、雷电流参数特征在防雷设计中，需要提出一些
参数来描述雷电放电的特性。由于雷电放电与海拔、气象和地质等许多自然因素有关，在很大程度上具有随机性，因此，描述放电特性的这些参数也
具有明显的统计特征。世界上许多国家都在其典型地区对雷电进行了长期的观测，积累了丰富的测量资料，并对此进行统计处理，得出了雷电参数的
统计数据，这些数据主要包括雷电日和雷电小时、地面落雷密度和雷电波形等。现分别加以介绍。1、雷电日与雷电小时为了表示不
同地区雷电活动的频繁程度，通常利用每年平均雷电日为计算单位。雷电日的定义是：在一天内，只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷电日
。我国各地年平均雷电日的大小与当地所处的纬度以及距海洋的远近有关，其详细分布请查询《电力设备过电压保护设计技术规程》（SDJ7-7
9）。我国把年平均雷电日不超过15的地区叫做少雷区。超过40的叫多雷区，超过90的叫强雷区。为了区分不同地区每个雷电日内雷电活动的
持续时间差别，也有的用雷电小时作为计算单位，既在一个小时内只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷电小时，我国大部分地区一个雷电日
大约为3个雷电小时。一些重要城市年平均雷电日见表下。雷击强度的定义和统计1、雷电强度Ng定义一个地区的雷
电强度，是以雷暴日Td来计算的。雷暴日：在一个地区，在一天内只要听到一个雷声，就算一个雷暴日。雷电强度的划分：Td≤15天
——少雷区，Td≥40天——多雷区，Td≥90天——强雷区。如：杭州地区为39天；海南为130天。雷电强度：经验公式Ng=0
.024(Td)1.32、雷电强度概率P我国对Td≥40天的地区统计：lgP=-I/108。如果I=100kA，则P
=12%。表明我国是一个多雷击灾害的地区。按雷暴日等级划分我国各地的雷电活动情况根据雷暴日的不同大
致可划分为四个区域：西北地区一般在15天以下；长江以北大部分地区（包括东北）年平均雷暴日在15—20天之间；长江以南地区年平均雷暴
日达40天以上；北纬23o以南地区年平均雷暴日超过80天；海南省和广东的雷州半岛是我国雷电活动最为频繁的地区，年平均雷暴日高达12
0—130天。总体来看我们国家还是算雷电活动比较强的国家。根据年平均雷暴日数Td，将雷暴发生地区划分为：少雷区：年平均雷暴
日在20天及以下的地区；多雷区：年平均雷暴日20大于天，不超过40天的地区；高雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区
；强雷区：年平均雷暴日超过60天以上的地区。表：一些重要城市的年平均雷电日城市名年平均雷暴日城市名年平均雷暴日
北京40西安20上海35重庆40南京38南昌60天津30长沙50广州90福州60哈尔滨3
1兰州25沈阳33太原402、地面落雷密度对于雷电放电来说，云与云之间的放电次数多于云对地放电次数，而
上述雷电日或雷电小时对于这一事实没有加以区分。在防雷设计中，人们更为关注的是云对地放电。雷云对地放电的频繁程度，用地面落雷密度γ来
表示。其定义是每个雷电日每平方公里上的平均落雷次数，我国过电压保护规程取地面落雷密度为γ=0.015/k㎡·d。近年来，我国一
些单位采用雷电定位系统测量表明，在大多数情况下，γ的数值为0.09/k㎡·d~0.1/k㎡·d。实际上γ值与年平均雷电日数Td有
关。通常，当增大时，γ也随之增大，由于我国幅员辽阔，Td的变化很大，很难取统一的一个值。因此，一些学者认为采用国际大电网会议33委
员会1980年推荐的计算公式较为合理，该公式为：Ng=0.0237Td1.3
(2.7)3、雷电流波形大量的观测表明，雷电流具有单极性的脉冲波形。大约有80-90%
的雷电流是负极性的。常见的负电流波形前沿呈拱形。例如，在圣萨尔瓦托山，纽约州府大厦，意大利观测点，匹兹勒宁大教堂和其他高建筑物获得
的电流示波记录都显示出相似的拱形前沿。其中在圣萨尔瓦托山测得到达电流峰值的中值时间为5.5μs。而在意大利观测点测到的时间为7μs
。雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3次至4次放电。图2.8（a）是一个含三次重复放电的记录。由于第一次放电的电流幅值最高，因此
它对防雷设计至关重要。图2.8（b）给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形，其纵坐标是以电流最大值作为基值的比值。这里波形B
（虚线）是对10次实测取平均而得到的，其时间范围取得较小，以侧重展示雷电流的波前部分；波形A则是对88次实测雷电波形取平均而求得的
，其时间范围取得较大，以反映雷电流波形的全貌。
上式中的Ng为每平方公里地面落雷次数。在上式两边同除以Td,得γ与Td的关系：（
2.8）图2.8雷电流的实测波形图中A—完整记录的波形，B—放大了的波前沿图2.9为典型的正极性电流波形。
雷电流上升率数据对避雷保护问题极其重要。图2.9为典型的正极性电流波形。最大电流上升率出现在紧靠峰值电流之前。正极性
闪电通常由一个单闪击构成。可求得电流中值前沿为22μs，电流上升率中值为6.4KA/μs，半峰值的时间为230μs。
4、雷电流与雷电过电压的近似表示对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压脉冲波形，通常采用幅值、波头时间和波长时间等三个参数加以
描述，对于振荡型波形，还要附加上主振频率这个参数。以下将分别介绍几种常用的雷电流和雷电过电压的波形及相应的波形参数。
（1）雷电流幅值的累计概率雷电流幅值大小的变化范围很大，需要对大量的观测数据进行统
计，才能得到其概率分布特性。对于年平均雷电日大于20天的地区，我国传统采用以下经验公式来表示雷电流幅值累计频率：
(2.9)上式中的为雷电流幅值（kA），P表示雷电流幅值超
过的概率，上式对应于图2.10中的曲线1。例如取＝100kA，按曲线1或式（2.9）可得P12%，即每100次雷电放电大约有12次
雷电流幅值超过100kA。近些年来，一些研究者根据新的观测统计结果，提出应将式（2.9）修改为：(2.10)
如果按曲线2｛或式（2.10）｝，则有：上式对应
于图2.10中的曲线2。对于年平均雷电日在20及以下地区（除陝南以外的西北地区和内蒙古自治区的部分地区），其雷电流幅值累计概率可按
图2.10给定的P值查出值后，将减半求得，如果按曲线1｛或式（2.9）｝，则有：图2.10雷电流幅值的累积概率曲线
雷电流积累概率可表示为雷电流最大上升率的积累概率(图2.11),雷电流半峰值时间的积累概率(图2.12),雷
电流峰值的积累概率(图2.13)。图2.11中的曲线表示第一负闪击di/dt最大的积累概率分布,中值为12kA/μs。
雷电流最大上升率（kA/μs）图2.12表示圣萨尔瓦山的90次记录，“半峰值时间”的中值为75μs。半峰值时间（μs）
(按雷暴日等级划分)在建筑物遭受雷击后，雷电流会沿建筑体内各种金属导体通路流入大地，由于金属体自身存在
着电阻，雷电流流过它们时也会产生热量，一、雷电流的电动力效应的破坏作用由物理学可知，在载电流的导体周围空间存在磁场
，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用。两条载流导体相互间有作用力存在，我们把这种作用力叫做电动力。雷击的时候，由于电动力的作用有可
能使导线被折断。一条导线或金属构件的弯曲部分有电流通过的时候拐弯部分将受到电动力作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。所以当
拐弯的夹角为锐角时受到作用力最大，钝角较小。接闪器及其引下线不应出现锐角的拐弯，尽可能采用钝角拐弯，在不得已采用直角拐弯
时应加强构件强度，尤其是避雷引下线一般应尽可能采用弧形拐弯，俗称“软连接”；因这样可使构件受到的应力较小，而且不集中在一点，雷击造
成的损失就相对小些。由安培定律可知，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，拐弯
处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以当拐弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小
。因此，在防雷设计与施工中，避雷引下线的走线方式应尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，应采取钝角并带圆弧向下走线，而应避免采用锐
角或绕直角向下走线，如图3-5所示。当避雷引下线非要走锐角路径不可时，应在线路的锐角拐弯处采取牢固的机械固定措施，以防被电动力拉动
。如《土工试验方法标准》、《生活饮用水卫生标准》、《道路工程标准》、《建筑抗震鉴定标准》等；当针对工程勘察、规划、设计、
施工等通用的技术事项做出规定时，一般采用“规范”，如：《混凝土设计规范》、《建设设计防火规范》、《住宅建筑设计规范》、《砌体工程施
工及验收规范》、《屋面工程技术规范》等；当针对操作、工艺、管理等专用技术要求时，一般采用“规程”，如：《钢筋气压焊接规程》、《建筑
安装工程工艺及操作规程》、《建筑机械使用安全操作规程》等。在我国工程建设标准化工作中，由于各主管部门在使用这三个术语时掌握的尺度、
习惯不同，使用的随意性比较大，这是造成人们最难理解这三个术语的根本原因。根据雷击电磁环境的特性，可以将建筑物需要保护的空
间由表及里划分为不同的防雷区，在各个防雷区的交界面上，电磁环境有明显改变。根据雷电电磁脉冲在不同防雷区内衰减特性，有助于分层次地进
行室内信息系统的雷电防护设计。LPZOA：本区内的各物体都可能易遭到直接雷击和导走全部雷电流。本区
内的电磁场没有衰减。LPZOB：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但区内的电磁场强度未被衰减。LP
Z1：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的雷电流比LPZOB区更小。本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。
LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流或电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区来选择所需后
续防雷区的要求条件。大气电学有两大主要部分：晴天电学和扰动天气电学。晴天电学主要研究晴天大气电场、大气电导率
、地空电流和全球大气电平衡等；扰动天气电学主要研究雷雨云电结构和起电机制、雷与闪电过程、尖端放电过程与避雷方法等。人工影响雷电在
目前只处于初期探索阶段，随着大气电学的发展和科学技术的进步，人类最终将会实现人工影响和控制雷电。在当今，大气电学对人民生活和对电力
、电信、建筑、航空等部门都有重要意义。大气电场：人们都知道地球有磁场，人们生活在无处不在
的地球磁场中。但是，大家很少知道人还生活在无处不在的大气电场中。日常生活中常常可以观察到：在较高建筑的尖顶上、渔船的桅杆上、或高压
电线上有淡紫色光笼罩，可以听到磁磁声，嗅到臭氧及氧化氮味道，它是一种尖端放电，这些现象通常都发生在带电场曲率半径最小的表面附近，说
明此处大气电场很不均匀，表现出大气中存在着电场。把地表面视为下极板、电离层导电层视为上极板，组成巨大球形电容器，两极
板中间的大气基本不含电荷，上极板导电层含有正电荷，下极板的地表面含负电荷，这巨大电容器中间的电场称大气电场规定大
气电场方向从低电位的地面朝上（与物理学静电学规定相反）。尽管雷雨云移到某处时，雷雨云底部与相对应下垫面间的电场方向是向下的，但对全
球而言，雷雨云区所占比例很小（约1%），故总体大气电场的方向是朝上的。晴天电场常被看作正常大气电场，其场强随纬度增大而增强、随离地
面高度而变小，全球平均看，陆区地表面附近电场强度为120伏/米左右，海面上则约为130伏/米。在工业区污染严重、气溶胶粒子多的
地方，晴天电场强度可达300~400伏/米。晴天电场强度有日变化和年变化。陆面在地方时04-06时和12-16时出
现极小值，07─10时和19─21时为极大值；一年之中，冬季为极大值、夏季为极小值。在海面和两极地区，在世界时19时出现极大值，
04时左右为极小值，这些地区大气电场年变化不明显。晴天电场场强随高度减弱是很强烈的，在10公里高度处的值仅为地面
值的3%即约4伏/米。图：大气电场强度E值与高度的关系大气电导率和离子迁移率：大气不仅含中
性分子和原子，还含有一些离子，这些离子分为轻离子和重离子。描述大气离子在电场中移动快慢的参数称迁移率，由于大气离子基本上都只带一个
单位电荷，所以在同样的电场强度的电场中，轻离子的迁移率要比重离子的大得多。例如在场强为1伏/厘米的电场中，大气轻离子移动速率为11
5厘米/秒，而重离子的移动速率只是这个数的几百分之一。大气电学中，把正比于大气离子浓度和迁移率乘积的参数称
为大气导电率λ，λ随高度按指数律增加，这与大气电场强度随高度的变化趋势相反。气导电率比铜的电导率640000/欧姆·厘米要小得多
，大气的导电性是很弱的。当用J记大气电流密度，用E代表大气电场强度，则有关系式J=λE成立。其中J是不随高度变化的。大气
电流的产生：地空电流在晴天大气电场作用下，大气中的正离子向下运动、负离子向上运动，如此形成的微弱电流称地空电流。这电
流是比较稳恒的，不随高度变化，把这个微弱电流与地球表面积相乘，便得到全球地空电流的总电流强度为1800安培，如果只存在晴天地空电流
，那么在1800安培电流放电的情况下，只需要几分钟，便可使地表面这个巨大“电容器”下极板的负电荷全部中和而使其电荷消失。因此，必定
存在与晴天地空电流相反方向的补偿电流，把地表面的正离子输向大气（向地面输入负离子），以维持晴天大气电场基本不变，这就是闪电电流和尖
端放电电流等。雷雨云电结构模式没有雷雨云便没有雷电，因此对雷雨云的探测研究是十分重要的。在20世纪30年代以后，人
类通过施放大量探测气球，获得了较丰富的资料，总结出最早的雷雨云电结构模式。雷云形成的物理过程闪电，俗称
雷电，是自然大气中的超强（能量）、超长（距离）放电现象。一般产自雷雨云（即雷暴、雷暴云或积雨云），其中最重要的就是积雨云。
积雨云生成发展的三个基本条件空气中必须有足够的水汽有使潮湿水气强烈上升的气流有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件
雷电的形成：我们来了解一下典型雷雨云的微物理结构：一块成熟的雷雨云，其顶部可以伸展到－40℃的高度
(约l万米以上)，而云底部的温度却在10℃以上。由于云体在垂直方向上跨过了这么宽的温度范围，因而云中水汽凝结物的相态就大不一样。在
云中有水滴、过冷却水滴、雪晶、冰晶等。我们把雷雨云按温度高低来分层，便可以看出：在温度高于0℃的“暖层”的云中，全部是水滴(包括云
滴)，在温度0至－8℃的云层中，即有较多的过冷却水滴(温度低于0℃的水滴)，也有一些雪晶、冰晶；在温度低于－20℃的云层中，由于过
冷却水滴自然冻结的概率大为增加，云中冰晶的天然成冰核作用更为显著，故云中基本上都是雪晶和冰晶了。雷电的形成：在成
熟阶段的雷雨云中，发生着非常复杂的微物理过程，在云的“暖层”，有水滴之间由于大小不同而发生的重力碰撞，也有湍流碰撞和电、声碰撞过程
。同时，有大水滴在气流作用下发生变形，破碎而产生“连锁反应”；还有由云的“冷层”中掉到“暖层”中来的大雪花、霰等的融化等。在温度0
℃至－20℃的云层中，水汽由液态往固态转移十分活跃，冰、雪晶的粘连，大冰晶破碎等也很频繁。在低于－20℃的云层中，也还有冰晶之间的
粘连和大冰晶的破碎过程发生。在雷雨云中发生的所有这此微物理过程，都可以导致云中水汽凝结物电学状态的改变，对于雷雨云的起电有十分重要
的贡献。雷电的形成：雷云的起电机制：雷雨中的电荷怎样产生的？怎样形成上、下荷电中心？由于雷雨云内部观测十分困难
和危险，要对上述问题作出圆满的解答，目前还作不到。曾提出过几种雷雨云起电的理论，例如感应起电理论、温差起电理论、大水滴破裂起电理论
、冰的融化起电理论等，它们都只能部分地解释云内电荷分布观测事实。关于积雨云电荷的产生
原因有很多学说，我们这里介绍几个公认比较成熟的学说：（1）感应起电学说：科学研究表明，地球本身就是一个电容器，通常稳定地
带50万库仑的负电荷，而地球上空有一个带正电的电离层，这样形成了一个已经充电的电容器，它们之间的电压大约为300千伏，上正下负。
当地面含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或者较温暖的潮湿空气与冷空
气相遇而被垫高都会产生向上的气流。这些含水蒸气的上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹（称为水成
物），这些水成物在地球静电场的作用下被极化（如图），图：水成物在地球静电场的作用下被极化
负电荷在上，正电荷在下，它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（这二者称为云粒子）要大，因此极化水成物在下落过程中要与云粒
子发生碰撞。碰撞的结果是其中一部分云粒子被水成物所捕获，增大了水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去。而反弹回去的云粒子带走水
成物前端的部分正电荷，使水成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离（这叫重
力分离作用），如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而带负电的水成物在云的下部，
或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。当下面所讲的带电云层一经形成，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电
场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气的电场强度，使大气中水成物的极化更厉害，在上升气流存在在情况下更加剧重力分离作用，使雷
云发展得更快。?从上面的分析，好像雷云总是上层带正电荷，下层带负电荷。实际上气流并不单是只有上下移动，而比这种运动
更为复杂。因此雷云电荷的分布也比上面讲的要复杂得多。根据科学工作者大量直接观测的结果，典型的雷云中的电荷分布大体如
图所示。科学工作者的测试结果表明，大地被雷击时，多数是负电荷从雷云向大地放电，少数是雷云上的正电荷向大地放电
；在一块雷云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。。图：典型雷雨云中的电荷分布左端是按理论归纳的理
想模式右面是雷雨云常见的电荷实际分布H-相对地面的高度;i水平距离（2）、温差起电学说：实验表明冰具有热电效应，
冰晶中总存在带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，离子浓度随温度升高而增大，冰晶两端温度有差异时，热端离子浓度高，冷端低，发生扩散现
象，两种离子都会从热端向冷端运动，氢离子质量小，速度快，先到达冷端从而导致冷端带正电，建立起静电场，形成冷正热负的电偶极子。温度不
同的冰晶或雹粒相互碰撞摩擦就会发生热电效应，引起离子迁移，当两者分开时，都带上了电，在重力和气流作用下分离。或是过冷液滴与冰晶或雹
粒接触发生相变，迅速结冰放出潜热，内部温度升高膨胀、外部破裂成碎屑，内外温差出现热电效应，冰核带上了负电荷，轻小的碎屑带上正电荷被
上升气流携带积聚在云体上部。造成云体上正下负的电荷分布特性。另有极少量带正电粒子在云体本身电场作用下保持在云体底部。
离子浓度大离子浓度小
带正电荷带负电荷热
冷热
冷端
端
端
端
冷块剖面（a）
冷块剖面（b）
⊕表示较轻的正氢离子?表示较重的负氢氧根离子
图：冷的热电起电效应?⊕⊕?
⊕??⊕
⊕?向冷端扩散?⊕⊕?
?⊕⊕?⊕??⊕
?⊕⊕??
?⊕⊕
⊕⊕????
电场方向⊕⊕??
⊕⊕⊕⊕
????
⊕⊕①、冰粒、雹粒相
互间碰撞摩檫时，接触，由于温度差别而产生热效应，有离子迁移，当分离时，各带上异号电荷，在重力和气流的双重作用下，互相分离，使积雨云
中出现正、负电的复杂分布。②、过冷液滴与雹接触，过冷液体一旦有了固态的凝核，就会发生相变，由液态变为固态，即冰，它
将包在作为凝结核的雹粒上，同时放出潜热，过冷液滴内部因潜热而膨胀，造成已凝结的外层冰壳的破裂而产生冰屑，由于热电效应，这些冰屑是带
正电的，它们较小而轻，易被上升气流携至云的上部，所以积雨云的上部积聚起大量的正电荷，温度也低，当然这里并不排除同时还会有感应起电的
物理机制。理论推算：根据温差起电理论力量，推算大气电场从初始的晴天大气电场值增长到3?103v?cm-1值所需时t0=5
00s，即在降水出现后10分钟。这与实际观测的平均值相近，被公认为是可信的起电机制之一。积雨云与冰的热电效应相关联，通过两种方
式使积雨云带电：（3）破碎起电学说：云内大水滴下降时受到气流的作用变得不稳定，变形破碎，生成许多小水滴和几个较
大水滴。大水滴下降过程中受大气电场作用极化带电，下负上正，破碎时小水滴带负电，较大水滴带正电，小水滴相对较轻，容易被上升气流携带到
云体上方，小水珠质量轻被上升气流带到上层云层，大水珠质量重则留在下层或降落到地面，这样便形成了带电荷云层的分离过程。当带电荷云层逐
步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，形成雷电。（实验证明：水滴分裂时，确实大水珠带正电荷，小水珠带负电荷这一理论；分裂水滴所需
气流的速度为3-8m/s,这正是雷云中上升气流的速度）形成上负下正的带电云体。综合来说，这几种起电机理在积雨云中都是起作用的，云
体的电荷分布形式取决于是哪种起电机理起主导作用。绝大多数积雨云的电荷分布表现为云体上部带正电荷、下部带负电荷和极少量的正电荷。极少
数表现为云体上部带负电荷、下部带正电荷。大雨滴大雨滴
上升气流上升气流（a）
（b）大雨滴小雨滴
上升气流上升气流
（c）（d）图：雨滴破碎起电机制的剖面图
雷击过程：当天空中有雷雨云的时候，因雷雨云带有大量的电荷，
由于静电感应的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷雨云相反的电荷，当雷雨云与地面之间的
电压高到一定的时候，雷雨云与地面上突出的物体之间就会出现放电。闪电的初始击穿：
在有积雨云存在的大气中，积雨云的下部有一负电荷中心与其底部的正电荷电荷中心附近局部地区的大气电场达到104v/cm左右时，
则负、正电荷之间的云雾大气会被击穿，负电荷向下中和掉正电和，这时从云层下部到云底部全部为负电荷区。先导注流：
随大气电场的进一步加强，进入起始击穿的后期，电子与空气的分子发生碰撞，形成天空中带电的雷雨云的云粒（或水成物）向地面延伸，在雷雨云
下形成从云层向下的流光，表现为一条暗淡的光柱，即先导注流。也叫注流先导，如右图。闪电通道：注流先导不断地向地面发展过
程是一电离过程，在电离过程中生成成对的正、负离子，其正离子被云中向下输送的负电荷不断中和。从而形成多枝状的充满负电荷（对负地
闪）的通道，其中有一枝是充满负电荷（对负地闪）的主通道，称为电离通道或闪电通道，简称为通道。雷击：分
枝状的放电主通道到达地面，或与大地放电迎面会合以后，就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电，这就是雷击。闪电
通道的特征：在雷击放电通道中，雷雨云与大地之间凝聚着大量的电荷，通过在放电先导所开辟的狭小电离通道（雷击放电通道）中发生猛烈的电荷
中和，释放出大量的能量，以至在雷击放电通道中产生万度的高温并发出强烈的闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点有巨大的雷电流流过。
积雨云是如何生成
发展的，这里有三个基本条件：空气中必须有足够的水汽；有使潮湿水气强烈上升的气流；有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件。有使潮
湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件。（撒哈拉、塔克拉玛干，温度高湿度小所以极少有积雨云。沿海地区温度高湿度大积雨云就很常见了。）
由于地面吸收太阳辐射的能力要远大于空气，地面温升高，近地层空气温度升高，体积膨胀，密度减小，压强降低，向上运动，上面的空气团密度相
对较大，就要下沉。热气团上升过程中伴随发生两种物理过程：一是膨胀、二是降温（两方面引起的：气体膨胀压力减小，温度降低（气态方程）。
高空气温低，由于热交换）。于是上升热气团中的水汽凝结出现雾滴形成了云。湍（tuān）霰（xiàn）
从观测证明，发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈。
冰晶两端温度有差异时，热端离子浓度高，冷端低，发生扩散现象，两种离子都会从热端向冷端运动，氢离子质量小，速度快，先
到达冷端从而导致冷端带正电，建立起静电场，形成冷正热负的电偶极子。温度不同的冰晶或雹粒相互碰撞摩擦就会发生热电效应，引起离子迁移，
当两者分开时，都带上了电，在重力和气流作用下分离。或是过冷液滴与冰晶或雹粒接触发生相变，迅速结冰放出潜热，内部温度升高膨胀、外部破
裂成碎屑，内外温差出现热电效应，冰核带上了负电荷，轻小的碎屑带上正电荷被上升气流携带积聚在云体上部。造成云体上正下负的电荷分布特性
。另有极少量带正电粒子在云体本身电场作用下保持在云体底部积雨云与冰的热电效应相关联，通过两种方式使积雨云带电①、
冰粒、雹粒相互间碰撞摩檫时，接触，由于温度差别而产生热效应，有离子迁移，当分离时，各带上异号电荷，在重力和气流的双重作用下，互
相分离，使积雨云中出现正、负电的复杂分布。②、过冷液滴与雹接触，过冷液体一旦有了固态的凝核，就会发生相变，由液态变为固态，即冰，
它将包在作为凝结核的雹粒上，同时放出潜热，过冷液滴内部因潜热而膨胀，造成已凝结的外层冰壳的破裂而产生冰屑，由于热电效应，这些冰屑是
带正电的，它们较小而轻，易被上升气流携至云的上部，所以积雨云的上部积聚起大量的正电荷，温度也低，当然这里并不排除同时还会有感应起电
的物理机制。理论推算：根据温差起电理论力量，推算大气电场从初始的晴天大气电场值增长到3?103v?cm-1值所需时t0=500s
，即在降水出现后10分钟。这与实际观测的平均值相近，被公认为是可信的起电机制之一。：破碎起电学说：云内大
水滴下降时受到气流的作用变得不稳定，变形破碎，生成许多小水滴和几个较大水滴。大水滴下降过程中受大气电场作用极化带电，下负上正，破碎
时小水滴带负电，较大水滴带正电，小水滴相对较轻，容易被上升气流携带到云体上方，小水珠质量轻被上升气流带到上层云层，大水珠质量重则留
在下层或降落到地面，这样便形成了带电荷云层的分离过程。当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，形成雷电。（实验证明：
水滴分裂时，确实大水珠带正电荷，小水珠带负电荷这一理论；分裂水滴所需气流的速度为3---8m/s,这正是雷云中上升气流的速度）形成
上负下正的带电云体。综合来说，这几种起电机理在积雨云中都是起作用的，云体的电荷分布形式取决于是哪种起电机理起主导作用。绝大多数积雨
云的电荷分布表现为云体上部带正电荷、下部带负电荷和极少量的正电荷。极少数表现为云体上部带负电荷、下部带正电荷。观
测表明，雷暴云底处集中相当数量大雨滴，当大雨滴出现在上升气流很强的地方，且当水滴的半径超过毫米时，一个下落的大水滴在下落中受到上升
气流的作用变得扁平，下表面被气流吹得凹进去，成为一个不断扩大的以液体圆环为外边界的环状大口袋或水泡，当口袋破裂时产生许多小水滴，如
果外电场E指向是自上而下，则大雨滴上部破碎成荷负电的小水滴，下半部破碎成荷正电的较大水滴。于是在云中正、负的重力分离过程中带负电的
小水滴随上升气流到达云的上部，而带正电的较大水滴因重力沉降而聚集于0?c层以下的云底附近，使云底荷正电。破碎起电情况比较复杂，它与
水滴的化学成分、气流、水滴温度、电场强度及水滴破裂形式有关其起电量很不稳定。实验表明，雨滴破碎强烈时，所形成的电量较多，反之形成的
电量较少。当天空乌云密布，雷雨云迅猛发展时，突然一道夺目的闪光划破长空，接着传来震耳欲聋的巨响，这就是闪电和打雷
，亦称为雷电。雷是大气中小区域强烈爆炸产生的冲击波形成的声波，而闪电则是大气中发生的火花放电现象。闪电和雷声是同时发生的，但它们在
大气中传播的速度相差很大，因此人们总是先看到闪电然后才听到雷声。光每秒能走30公里，而声音只能走340米。根据这个现象，我们可以从
看到闪电起到听到雷声止，这一段时间的长短，来计算闪电发生处离开我们的距离。假如闪电在西北方，隔10秒听到了雷声，说明这块雷雨距离我
们约有3400米远。在雷雨云的不同部位之间聚集着不同符号的电荷，当它们积累到一定程度时，就在云的不同部位之间，不同云团
之间以及云团与地面之间产生很强的电场，它的强度平均可达几十万伏/米，甚至可高达几百万伏/米。这么强的电场足以把云内、外的大气层击穿
而产生瞬时强火花放电，这就是闪电。闪电通道：注流先导不断地向地面发展过程是一电离过程，在电离过程中生成成对的正、负离子，其
正离子被云中向下输送的负电荷不断中和。从而形成多枝状的充满负电荷（对负地闪）的通道，其中有一枝是充满负电荷（对负地闪
）的主通道，称为电离通道或闪电通道，简称为通道。雷击：分枝状的放电主通道到达地面，或与大地放电迎面会合以后，
就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电，这就是雷击。闪电通道的特征：在雷击放电通道中，雷雨云与大地之间凝聚着大量的电荷，通过在
放电先导所开辟的狭小电离通道（雷击放电通道）中发生猛烈的电荷中和，释放出大量的能量，以至在雷击放电通道中产生万度的高温并发出强烈的
闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点有巨大的雷电流流过。梯(级）式先导：肉眼看到的一次闪电，其过程是很复杂的。当雷雨
云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。在电荷越积越多，电场越来越强
的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先导梯（级）式先导的特征：在每梯级的顶端发出较亮的光。在梯式先导中，
放电是沿着空气电离强最容易导电的路径发展的，但由于电荷是机分布的，梯式先大气中常呈现出蜿蜒折地行进行通道，并产生许多向下发展
的分枝。梯式先导的平均传播速度也约为3.0?105m/s，其变化范围
1.0?105m/s—2.6?06m/s左右，梯式先导由若干个单级先导组成，而单个梯级的传播速度则快得多，一般为5?107m/s
左右，单个梯级的长度平均为50m左右，其变化范围为30-120m左右，梯式先导通道的直径较大，变化范围为1-10m。连接先导
：当具有负电位的梯式先导到达地面附近，离地约5-50m时，可形成很强的地面大气电场，使地面的正电荷向上运动，并产生从地面向上发展的
正流光，这就是连接先导。连接先导大多发生与地面凸起物处。回击：当梯级先导与连接先导会合，形成一股明亮的光柱，沿着梯式先导所形成的
电离通道由地面高速冲向云中，这称为回击。回击具有较强的的放电电流，峰植电流可达104A量级，因而发出耀眼的光芒
，因而回击比先导亮得多；?回击的传播速度也比梯式先导的速度快得多，平均为5?107m/s左右，变化范围为2.0?107
m/s到2.0?108m/s左右；负地闪中绝大部分负电荷已在先导放电时储存在先导主通道及其分枝中，当回击传播过程中便不断中
和掉储存在先导主通道和分枝中的负电荷。梯（级）式先导这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级先导是直径约5米、长50米、电
流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5─50米左右时，地面便突然向上回击，回
击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40
微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜
先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。通常
由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，
产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低端云
层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电
，这就是雷电现象。关于闪电的类型，有两种分类方法。一种按形状分类，一种按空间位置分类。在形状分类中，可划分
为：线状闪电、带状闪电、片状闪电、联珠状闪电和球状闪电；其中线状闪电最常见，研究了解得最多。在空间位置分类中，则可分为：云内闪电、
云际闪电、晴空闪电和云地闪电。云地闪电简称地闪，俗称落地雷，与人类的关系最密切，是防雷研究的主要对象。雷电的产生小结:雷电是
自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正
负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云
团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和雷。具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶
部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。
在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡，这就是雷声。而对我们生活产生
影响的，主要是近地的云团对地的放电。经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kV/m。雷电流也是电流，它具有电
流所具有的一切效应，不同的只是它在短时间以脉冲的形式通过强大的电流；尤其是直击雷，它的峰值有几十KA，以至几百KA。它的峰值时间（
从雷电流上升至1/2峰值算起，直至下降到1/2峰值止的时间间隔），通常负闪击只有几微秒到十几微秒，正闪击较长些，正是这种特殊情况，
使雷电流具有它特殊的破坏作用。一、雷电流的热效应的破坏作用强大的雷电流通过被雷击的物体时要发热由于雷电流很大，通过的时间又短，
散热影响可以忽略，被雷击的物体瞬间将产生大量的热，又来不及散发，以致物体内部的水份大量变成蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成
破坏；当雷电流通过金属体时，如果金属体的截面积不够大时，甚至可使其熔化。雷击通道的温度可高达6000--10000℃，甚至更高。
因此在雷电流通道遇到易燃物质，可能引起火灾。二、雷电的冲击波的破坏作用雷电通道的温度高达几千度至几万度，空气受热急剧膨
胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩，形成“激波”。被压缩空气层的外界称为“激波波前”。“激波波前”到达的地方
，空气的密度、压力和温度都会突然增加。“激波波前”过去后，该区压力下降，直至低于大气压力。这种“激波”在空气中传播，会使其附近的建
筑物、人、畜受到破坏和伤亡。这种冲击波的破坏作用就跟炸弹爆炸时附近的物体和人、畜受损害一样。三、雷电流的电动力效应的破坏作用
由物理学可知，在载电流的导体周围空间存在磁场，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用。两条载流导体相互间有作用力存在，我们把这种
作用力叫做电动力。雷击的时候，由于电动力的作用有可能使导线被折断。一条导线或金属构件的弯曲部分有电流通过的时候拐弯部分将受到电动力
作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。所以当拐弯的夹角为锐角时受到作用力最大，钝角较小。故接闪器及其引下线不应出现锐角的拐弯
，尽可能采用钝角拐弯，在不得已采用直角拐弯时应加强构件强度，尤其是避雷引下线一般应尽可能采用弧形拐弯，俗称“软连接”；因这样可使构
件受到的应力较小，而且不集中在一点，雷击造成的损失就相对小些。(参见下页图示）四、雷电的静电感应的破坏作用当空间有带电
的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。由于从雷云的出现到发生雷击（主放电）所需要的时间相对于
主放电过程的时间要长得多，因此大地及建筑物等可以有充分的时间积累大量电荷。雷击发生后，雷云上所带的电荷，通过闪击与地面的异种电荷迅
速中和，而建筑物和大地甚至架空导线上的感应电荷，由于局部与大地间的电阻比较大，而不能在同样短的时间内相应消失，这样就会形成局部地区
感应高电压，在高压架空线路可达300-400KV，一般低压架空线路可达100KV。电讯线路可达40-60KV，建筑物也可以产生相当
高的有危险的电压。这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用，对于建筑物内部的金属构架与接地不良的金属器件之间容易发
生火花，这对存放易燃物品的建筑物，如汽油，有瓦斯的地方，火药库和有大量可燃性微粒飞扬的场所，如面粉厂，亚麻厂等有引起爆炸的危险。局
部高电压对人身也有相当大的危险。为了防止静电感应高电压发生，应将建筑物的金属屋顶、建筑物内的大型金属物品等，给以良好的接地处理，
以便感应电荷能迅速地流向大地。五、雷电流的电磁感应的破坏作用由于雷电流有极大幅值和陡度，在它周围的空间将有强大的、变化的电磁场
，处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。如果在雷电流引下线附近放置一个开口的金属环，环上的感应电势足以使气隙间放电产生火花，这
些火花可以引起易燃物品着火，和易燃气体爆炸。如果回路中有导体接触不良，也会使回路过热，引起易燃物品燃烧，酿成火灾。防护的办法是把
互相靠近的金属物品用金属很好地连接起来。通常把雷电的静电感应和雷电的电磁感应称为感应雷或二次雷。特别强调一句，避雷针、避雷带、避
雷网是不能防止感应雷的，防护感应雷的办法只有把大型金属物良好接地。六、雷电反击和引入高电位雷电反击通常是指接受直击雷的
金属体（包括接闪器、接地引线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在很大的电压，这个电压对与大地连接的其它金属物品发生闪击的现象。当雷击
到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生闪击。为了防止反击的发生，一般应使避雷装置与建筑物金属体间隔
一定距离，使它们之间间隙的闪络电压大于反击电压。由于雷电电压的大小是在很大范围变化的，为了使各种建筑物能有效抵制雷电反击，在具体做
法上各国都有不同的要求。我国和苏联在规范中对不同种类建筑物的间隙距离分别作明确规定。在因为条件限制而无法达到所规定的间隙尺寸时，应
把避雷引线与金属体用金属导线连接起来使它们成为等位体而避免发生闪击。对房屋周围的高大树木都应留有足够距离，以免树木与房屋间发生雷电
反击。雷电引入高电位是指直击雷或感应雷直接从输电线、电话线、无线电天线的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的电击事故。这种事故的
发生率很高，而且往往事故又严重。引入高电位防护可以通过直接接地，电容接地，阀型避雷器以及合理的间隙接地等措施，只要接地电阻足够小
，对于人体的安全是有保障的。七、球形雷的破坏作用在雷电频繁的雷雨天，有时会有紫色、殷红色、灰红色，蓝色的“火球”产生。这些火球
有时从天空降落，然后在空中或沿地面水平方向移动，有时平移有时滚动。这些“火球”直径一般为十至几十厘米，也有直径超过1米的。生存时间
从几秒到几分钟，一般为几秒到十几秒居多。这种“火球”能通过烟囱，开着的窗户、门和其它缝隙进入室内，或者无声地消失，或者发出丝丝的声
音，或者发生剧烈的爆炸。这种“火球”碰到人畜会造成严重的烧伤和死亡事故；碰到建筑物会造成严重损坏。球形雷的预防方法是：最好在阴雨
天不要打开门窗；在烟囱和通凤管道等处，装上网眼不大于4cm2，导线粗约2-2.5mm的接地金属丝保护网，这样就可以减少球形雷的危害
。研究资料表明：各次雷击闪电电流大小和波形差别很大，尤其是不同种类放电差别更大。这说明雷电流的大小和雷电流的波形是
描述雷电流特征的重要参数。
积雨云是如何生成发展的，这里有三个基本条件：空气中必须有足够的水汽；有使潮湿水气强烈上升的气流；有使潮湿空气上升凝结
成水珠或冰晶的气象条件。有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件。（撒哈拉、塔克拉玛干，温度高湿度小所以极少有积雨云。沿海地区温
度高湿度大积雨云就很常见了。）由于地面吸收太阳辐射的能力要远大于空气，地面温升高，近地层空气温度升高，体积膨胀，密度减小，压强降低
，向上运动，上面的空气团密度相对较大，就要下沉。热气团上升过程中伴随发生两种物理过程：一是膨胀、二是降温（两方面引起的：气体膨胀压
力减小，温度降低（气态方程）。高空气温低，由于热交换）。于是上升热气团中的水汽凝结出现雾滴形成了云。湍（t
uān）霰（xiàn）从观测证明，发生正电荷向大地放电的雷击显得
特别猛烈。冰晶两端温度有差异时，热端离子浓度高，冷端低，发生扩散现象，两种离子都会从热端向冷端
运动，氢离子质量小，速度快，先到达冷端从而导致冷端带正电，建立起静电场，形成冷正热负的电偶极子。温度不同的冰晶或雹粒相互碰撞摩擦就
会发生热电效应，引起离子迁移，当两者分开时，都带上了电，在重力和气流作用下分离。或是过冷液滴与冰晶或雹粒接触发生相变，迅速结冰放出
潜热，内部温度升高膨胀、外部破裂成碎屑，内外温差出现热电效应，冰核带上了负电荷，轻小的碎屑带上正电荷被上升气流携带积聚在云体上部。
造成云体上正下负的电荷分布特性。另有极少量带正电粒子在云体本身电场作用下保持在云体底部积雨云与冰的热电效应相关联
，通过两种方式使积雨云带电①、冰粒、雹粒相互间碰撞摩檫时，接触，由于温度差别而产生热效应，有离子迁移，当分离时，各带上异号电荷，
在重力和气流的双重作用下，互相分离，使积雨云中出现正、负电的复杂分布。②、过冷液滴与雹接触，过冷液体一旦有了固态的凝核，就会发
生相变，由液态变为固态，即冰，它将包在作为凝结核的雹粒上，同时放出潜热，过冷液滴内部因潜热而膨胀，造成已凝结的外层冰壳的破裂而产生
冰屑，由于热电效应，这些冰屑是带正电的，它们较小而轻，易被上升气流携至云的上部，所以积雨云的上部积聚起大量的正电荷，温度也低，当然
这里并不排除同时还会有感应起电的物理机制。理论推算：根据温差起电理论力量，推算大气电场从初始的晴天大气电场值增长到3?103v?
cm-1值所需时t0=500s，即在降水出现后10分钟。这与实际观测的平均值相近，被公认为是可信的起电机制之一。：
破碎起电学说：云内大水滴下降时受到气流的作用变得不稳定，变形破碎，生成许多小水滴和几个较大水滴。大水滴下降过程中受大气电
场作用极化带电，下负上正，破碎时小水滴带负电，较大水滴带正电，小水滴相对较轻，容易被上升气流携带到云体上方，小水珠质量轻被上升气流
带到上层云层，大水珠质量重则留在下层或降落到地面，这样便形成了带电荷云层的分离过程。当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪
电现象，形成雷电。（实验证明：水滴分裂时，确实大水珠带正电荷，小水珠带负电荷这一理论；分裂水滴所需气流的速度为3---8m/s,这
正是雷云中上升气流的速度）形成上负下正的带电云体。综合来说，这几种起电机理在积雨云中都是起作用的，云体的电荷分布形式取决于是哪种起
电机理起主导作用。绝大多数积雨云的电荷分布表现为云体上部带正电荷、下部带负电荷和极少量的正电荷。极少数表现为云体上部带负电荷、下部
带正电荷。观测表明，雷暴云底处集中相当数量大雨滴，当大雨滴出现在上升气流很强的地方，且当水滴的半径超过毫米时，一
个下落的大水滴在下落中受到上升气流的作用变得扁平，下表面被气流吹得凹进去，成为一个不断扩大的以液体圆环为外边界的环状大口袋或水泡，
当口袋破裂时产生许多小水滴，如果外电场E指向是自上而下，则大雨滴上部破碎成荷负电的小水滴，下半部破碎成荷正电的较大水滴。于是在云中
正、负的重力分离过程中带负电的小水滴随上升气流到达云的上部，而带正电的较大水滴因重力沉降而聚集于0?c层以下的云底附近，使云底荷正
电。破碎起电情况比较复杂，它与水滴的化学成分、气流、水滴温度、电场强度及水滴破裂形式有关其起电量很不稳定。实验表明，雨滴破碎强烈时
，所形成的电量较多，反之形成的电量较少。当天空乌云密布，雷雨云迅猛发展时，突然一道夺目的闪光划破长空，接着传来震
耳欲聋的巨响，这就是闪电和打雷，亦称为雷电。雷是大气中小区域强烈爆炸产生的冲击波形成的声波，而闪电则是大气中发生的火花放电现象。闪
电和雷声是同时发生的，但它们在大气中传播的速度相差很大，因此人们总是先看到闪电然后才听到雷声。光每秒能走30公里，而声音只能走34
0米。根据这个现象，我们可以从看到闪电起到听到雷声止，这一段时间的长短，来计算闪电发生处离开我们的距离。假如闪电在西北方，隔10秒
听到了雷声，说明这块雷雨距离我们约有3400米远。在雷雨云的不同部位之间聚集着不同符号的电荷，当它们积累到一定程度时，
就在云的不同部位之间，不同云团之间以及云团与地面之间产生很强的电场，它的强度平均可达几十万伏/米，甚至可高达几百万伏/米。这么强的
电场足以把云内、外的大气层击穿而产生瞬时强火花放电，这就是闪电。闪电通道：注流先导不断地向地面发展过程是一电离过程，在电离
过程中生成成对的正、负离子，其正离子被云中向下输送的负电荷不断中和。从而形成多枝状的充满负电荷（对负地闪）的通道，其
中有一枝是充满负电荷（对负地闪）的主通道，称为电离通道或闪电通道，简称为通道。雷击：分枝状的放电主通道到达地
面，或与大地放电迎面会合以后，就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电，这就是雷击。闪电通道的特征：在雷击放电通道中，雷雨云与大
地之间凝聚着大量的电荷，通过在放电先导所开辟的狭小电离通道（雷击放电通道）中发生猛烈的电荷中和，释放出大量的能量，以至在雷击放电通
道中产生万度的高温并发出强烈的闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点有巨大的雷电流流过。梯(级）式先导：肉眼看到的一次
闪电，其过程是很复杂的。当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场
。在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先导梯（级）式先导的特征：在每梯级的顶端
发出较亮的光。在梯式先导中，放电是沿着空气电离强最容易导电的路径发展的，但由于电荷是机分布的，梯式先大气中常呈现出蜿蜒折地行
进行通道，并产生许多向下发展的分枝。梯式先导的平均传播速度也约为3.
0?105m/s，其变化范围1.0?105m/s—2.6?06m/s左右，梯式先导由若干个单级先导组成，而单个梯级的传播速度则
快得多，一般为5?107m/s左右，单个梯级的长度平均为50m左右，其变化范围为30-120m左右，梯式先导通道的直径较大，变
化范围为1-10m。连接先导：当具有负电位的梯式先导到达地面附近，离地约5-50m时，可形成很强的地面大气电场，使地面的正电荷向
上运动，并产生从地面向上发展的正流光，这就是连接先导。连接先导大多发生与地面凸起物处。回击：当梯级先导与连接先导会合，形成一股明
亮的光柱，沿着梯式先导所形成的电离通道由地面高速冲向云中，这称为回击。回击具有较强的的放电电流，峰植电流可达1
04A量级，因而发出耀眼的光芒，因而回击比先导亮得多；?回击的传播速度也比梯式先导的速度快得多，平均为5?107m/s左右
，变化范围为2.0?107m/s到2.0?108m/s左右；负地闪中绝大部分负电荷已在先导放电时储存在先导主通道及其分
枝中，当回击传播过程中便不断中和掉储存在先导主通道和分枝中的负电荷。梯（级）式先导这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级
先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5─50米
左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底
，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一
次闪击的路径飞驰向地面，称直窜先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。接着又类似第二
次那样产生第三、四次闪击。通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨
大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”雷电是由天空中云层间的相互高速运动
、剧烈磨擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达
到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。关于闪电的类型，有两种分类方法。一种按形状分类，一种按空间
位置分类。在形状分类中，可划分为：线状闪电、带状闪电、片状闪电、联珠状闪电和球状闪电；其中线状闪电最常见，研究了解得最多。在空间位
置分类中，则可分为：云内闪电、云际闪电、晴空闪电和云地闪电。云地闪电简称地闪，俗称落地雷，与人类的关系最密切，是防雷研究的主要对象
。雷电的产生小结:雷电是自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷
空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大
的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和雷。具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞
等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的
电火花，也就是我们看到的闪电。在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡
，这就是雷声。而对我们生活产生影响的，主要是近地的云团对地的放电。经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kV/m。
雷电流也是电流，它具有电流所具有的一切效应，不同的只是它在短时间以脉冲的形式通过强大的电流；尤其是直击雷，它的峰值有几十KA
，以至几百KA。它的峰值时间（从雷电流上升至1/2峰值算起，直至下降到1/2峰值止的时间间隔），通常负闪击只有几微秒到十几微秒，正
闪击较长些，正是这种特殊情况，使雷电流具有它特殊的破坏作用。一、雷电流的热效应的破坏作用强大的雷电流通过被雷击的物体时要发热由
于雷电流很大，通过的时间又短，散热影响可以忽略，被雷击的物体瞬间将产生大量的热，又来不及散发，以致物体内部的水份大量变成蒸汽，并迅
速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏；当雷电流通过金属体时，如果金属体的截面积不够大时，甚至可使其熔化。雷击通道的温度可高达600
0--10000℃，甚至更高。因此在雷电流通道遇到易燃物质，可能引起火灾。二、雷电的冲击波的破坏作用雷电通道的温度高达
几千度至几万度，空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩，形成“激波”。被压缩空气层的外界称为“激波
波前”。“激波波前”到达的地方，空气的密度、压力和温度都会突然增加。“激波波前”过去后，该区压力下降，直至低于大气压力。这种“激波
”在空气中传播，会使其附近的建筑物、人、畜受到破坏和伤亡。这种冲击波的破坏作用就跟炸弹爆炸时附近的物体和人、畜受损害一样。三、雷
电流的电动力效应的破坏作用由物理学可知，在载电流的导体周围空间存在磁场，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用。两条载流导体
相互间有作用力存在，我们把这种作用力叫做电动力。雷击的时候，由于电动力的作用有可能使导线被折断。一条导线或金属构件的弯曲部分有电流
通过的时候拐弯部分将受到电动力作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。所以当拐弯的夹角为锐角时受到作用力最大，钝角较小。故接闪
器及其引下线不应出现锐角的拐弯，尽可能采用钝角拐弯，在不得已采用直角拐弯时应加强构件强度，尤其是避雷引下线一般应尽可能采用弧形拐弯
，俗称“软连接”；因这样可使构件受到的应力较小，而且不集中在一点，雷击造成的损失就相对小些。(参见下页图示）四、雷电的静电感应的
破坏作用当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。由于从雷云的出现到发生雷
击（主放电）所需要的时间相对于主放电过程的时间要长得多，因此大地及建筑物等可以有充分的时间积累大量电荷。雷击发生后，雷云上所带的电
荷，通过闪击与地面的异种电荷迅速中和，而建筑物和大地甚至架空导线上的感应电荷，由于局部与大地间的电阻比较大，而不能在同样短的时间内
相应消失，这样就会形成局部地区感应高电压，在高压架空线路可达300-400KV，一般低压架空线路可达100KV。电讯线路可达40-
60KV，建筑物也可以产生相当高的有危险的电压。这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用，对于建筑物内部的金属构架
与接地不良的金属器件之间容易发生火花，这对存放易燃物品的建筑物，如汽油，有瓦斯的地方，火药库和有大量可燃性微粒飞扬的场所，如面粉厂，亚麻厂等有引起爆炸的危险。局部高电压对人身也有相当大的危险。为了防止静电感应高电压发生，应将建筑物的金属屋顶、建筑物内的大型金属物品等，给以良好的接地处理，以便感应电荷能迅速地流向大地。五、雷电流的电磁感应的破坏作用由于雷电流有极大幅值和陡度，在它周围的空间将有强大的、变化的电磁场，处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。如果在雷电流引下线附近放置一个开口的金属环，环上的感应电势足以使气隙间放电产生火花，这些火花可以引起易燃物品着火，和易燃气体爆炸。如果回路中有导体接触不良，也会使回路过热，引起易燃物品燃烧，酿成火灾。防护的办法是把互相靠近的金属物品用金属很好地连接起来。通常把雷电的静电感应和雷电的电磁感应称为感应雷或二次雷。特别强调一句，避雷针、避雷带、避雷网是不能防止感应雷的，防护感应雷的办法只有把大型金属物良好接地。六、雷电反击和引入高电位雷电反击通常是指接受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在很大的电压，这个电压对与大地连接的其它金属物品发生闪击的现象。当雷击到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生闪击。为了防止反击的发生，一般应使避雷装置与建筑物金属体间隔一定距离，使它们之间间隙的闪络电压大于反击电压。由于雷电电压的大小是在很大范围变化的，为了使各种建筑物能有效抵制雷电反击，在具体做法上各国都有不同的要求。我国和苏联在规范中对不同种类建筑物的间隙距离分别作明确规定。在因为条件限制而无法达到所规定的间隙尺寸时，应把避雷引线与金属体用金属导线连接起来使它们成为等位体而避免发生闪击。对房屋周围的高大树木都应留有足够距离，以免树木与房屋间发生雷电反击。雷电引入高电位是指直击雷或感应雷直接从输电线、电话线、无线电天线的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的电击事故。这种事故的发生率很高，而且往往事故又严重。引入高电位防护可以通过直接接地，电容接地，阀型避雷器以及合理的间隙接地等措施，只要接地电阻足够小，对于人体的安全是有保障的。七、球形雷的破坏作用在雷电频繁的雷雨天，有时会有紫色、殷红色、灰红色，蓝色的“火球”产生。这些火球有时从天空降落，然后在空中或沿地面水平方向移动，有时平移有时滚动。这些“火球”直径一般为十至几十厘米，也有直径超过1米的。生存时间从几秒到几分钟，一般为几秒到十几秒居多。这种“火球”能通过烟囱，开着的窗户、门和其它缝隙进入室内，或者无声地消失，或者发出丝丝的声音，或者发生剧烈的爆炸。这种“火球”碰到人畜会造成严重的烧伤和死亡事故；碰到建筑物会造成严重损坏。球形雷的预防方法是：最好在阴雨天不要打开门窗；在烟囱和通凤管道等处，装上网眼不大于4cm2，导线粗约2-2.5mm的接地金属丝保护网，这样就可以减少球形雷的危害。研究资料表明：各次雷击闪电电流大小和波形差别很大，尤其是不同种类放电差别更大。这说明雷电流的大小和雷电流的波形是描述雷电流特征的重要参数。(按雷暴日等级划分)在建筑物遭受雷击后，雷电流会沿建筑体内各种金属导体通路流入大地，由于金属体自身存在着电阻，雷电流流过它们时也会产生热量，一、雷电流的电动力效应的破坏作用由物理学可知，在载电流的导体周围空间存在磁场，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用。两条载流导体相互间有作用力存在，我们把这种作用力叫做电动力。雷击的时候，由于电动力的作用有可能使导线被折断。一条导线或金属构件的弯曲部分有电流通过的时候拐弯部分将受到电动力作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。所以当拐弯的夹角为锐角时受到作用力最大，钝角较小。接闪器及其引下线不应出现锐角的拐弯，尽可能采用钝角拐弯，在不得已采用直角拐弯时应加强构件强度，尤其是避雷引下线一般应尽可能采用弧形拐弯，俗称“软连接”；因这样可使构件受到的应力较小，而且不集中在一点，雷击造成的损失就相对小些。由安培定律可知，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以当拐弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小。因此，在防雷设计与施工中，避雷引下线的走线方式应尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，应采取钝角并带圆弧向下走线，而应避免采用锐角或绕直角向下走线，如图3-5所示。当避雷引下线非要走锐角路径不可时，应在线路的锐角拐弯处采取牢固的机械固定措施，以防被电动力拉动。如《土工试验方法标准》、《生活饮用水卫生标准》、《道路工程标准》、《建筑抗震鉴定标准》等；当针对工程勘察、规划、设计、施工等通用的技术事项做出规定时，一般采用“规范”，如：《混凝土设计规范》、《建设设计防火规范》、《住宅建筑设计规范》、《砌体工程施工及验收规范》、《屋面工程技术规范》等；当针对操作、工艺、管理等专用技术要求时，一般采用“规程”，如：《钢筋气压焊接规程》、《建筑安装工程工艺及操作规程》、《建筑机械使用安全操作规程》等。在我国工程建设标准化工作中，由于各主管部门在使用这三个术语时掌握的尺度、习惯不同，使用的随意性比较大，这是造成人们最难理解这三个术语的根本原因。根据雷击电磁环境的特性，可以将建筑物需要保护的空间由表及里划分为不同的防雷区，在各个防雷区的交界面上，电磁环境有明显改变。根据雷电电磁脉冲在不同防雷区内衰减特性，有助于分层次地进行室内信息系统的雷电防护设计。LPZOA：本区内的各物体都可能易遭到直接雷击和导走全部雷电流。本区内的电磁场没有衰减。LPZOB：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但区内的电磁场强度未被衰减。LPZ1：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的雷电流比LPZOB区更小。本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流或电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区来选择所需后续防雷区的要求条件。 |
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