Admin自然界所产生的一种大气中的火花放电。雷闪放电由带电荷的雷云引起。雷云带电原因的一种典型解释认为:雷云是潮湿的热气流不断上升进入稀薄的大气层冷凝的结果。当强烈的上升气流穿过云层时,水滴被碰撞而电离,轻微的水沫带负电,上升形成大块带负电的雷云;大滴水珠带正电,凝聚成雨下降,或悬浮在云中形成一些局部带正电的雷云区。雷云的底部大多数带负电,并在地面上感应出大量的正电荷。在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间、雷云和大地之间形成了很强的电场,其电位差可达数十至数百兆伏。随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过大气电离的临界电场强度(空气中约30千伏/厘米,有水滴存在时约10千伏/厘米),就会发生雷云之间或雷云对大地的火花放电。其电流达数十至数百千安,能量约一千兆焦,放电通道温度高达15000～20000℃,产生强烈的光和热,使空气急剧膨胀震动,发出霹雳轰鸣。这就是雷闪放电(见图)。
雷闪放电形态 有片状、线状、链状和球状等。片状闪电出现在云层表面,若隐若现,雷电较弱。线状闪电最强烈,大多数发生在雷云对大地的放电。它蜿蜒曲折,枝杈纵横,长达数千米(见图)。链状闪电是紧随着出现在先前线状闪电通道上的发光虚线,雷电很弱。球状闪电又叫做球雷,常在大雷雨时形成,多数是直径一、二十厘米的绯红色球形发光体,大的直径可达1米。球雷随气流在空中或地面飘游,或从门窗、烟囱窜入室内,碰着障碍物突然爆炸而消失。
雷闪放电过程 雷云对地放电的基本过程可分为先导放电和主放电两个阶段。当雷云与大地之间的局部电场强度超过大气电离的临界电场强度时,就有局部放电通道自雷云边缘向大地发展,称先导放电。先导放电是间歇性的脉冲发展过程,称分级先导,每次间歇大约数十微秒。先导通道发展临近地面时,由于局部空间电场强度的增加,常在地面突起处出现异极性的先导放电向天空发展,称迎面先导。当先导通道到达地面或与迎面先导相遇以后,大气强烈电离形成高导电率的等离子体通道,使先导通道及云中电荷与大地电荷迅速中和,这就是主放电过程。先导放电的平均发展速度较低,约为(1～5)×105米/秒,放电电流较小,约为数百安。主放电发展速度很高,约为2×107～1.5×108米/秒,出现很强的脉冲电流,可达数十至二、三百千安。
人们肉眼观察到的一次雷闪,实际上有55%包含2次以上先导-主放电的重复过程,平均3次,最多可达40多次,称为多重雷闪。由于第二次及以后的先导-主放电沿着先前的放电通道以更快的速度发展,因此其先导发展时间较短,没有分叉,称为箭形先导,主放电电流幅值也较第一次低。
雷闪放电是一种随机过程,影响因素较多。表征雷闪放电特性的参数都有明显的统计性质。雷闪放电的极性75～90%为负极性。雷电流幅值服从对数累积概率分布,根据中国进行的实测,约有50%的雷电流幅值小于32.5千安,超过100千安的只有12%。雷电流波头时间为1～5微秒,平均2～2.5微秒,波长20～100微秒,平均50微秒。不同地区雷闪放电的频繁程度用雷暴日数表示,即平均每年有雷闪放电的天数。一般华南为80日以上,海南岛高达100～130日,长江以南40～80日,长江以北和华北、东北20～40日,西北少于20日,新疆仅有3～4日。地面落雷密度以每一雷暴日每平方公里地面的落雷次数r表示,在中国r约为0.015。
雷闪放电防护 雷云对大地的放电虽然只占少数,但是一旦发生,可能带来严重的危害。雷闪击中输电线或附近,将会直接形成或感应产生幅值很高的冲击电压波,使线路绝缘闪络,或传入变电所破坏电气设备,造成电力系统供电中断。雷闪击中高层建筑、导弹发射塔、通信广播电视天线,可能引起设备损坏,人身伤亡。雷电防护的基本措施是装设避雷针(线)和避雷器。避雷针(线)在雷云对地放电过程中使地面电场畸变,影响先导放电的发展方向,吸引雷闪对避雷针(线)放电,再经引下线和接地装置将雷电流引入大地,使被保护物免遭雷击。避雷器装设在被保护设备附近,当雷电冲击波沿线路传入时,它首先放电,限制了电压波幅值,保护设备免遭破坏(见雷电防护)。
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