雷電放電具有的特點
一、雷電流的特性
雷電破壞作用與峰值電流及其波形有最密切的關係.雷擊的發生、雷電流大小與許多因數有關,其中主要的有地理位置、地質條件、季節和氣象.其中氣象情況有很大的隨機性,因此研究雷電流大多數采取大量觀測記錄,用統計的方法尋找出它的概率分布的方法.根據資料表明,各次雷擊閃電電流大小和波形差別很大.尤其是不同種類放電差別更大.為此有必要作如下說明.
由典型的雷雨雲電荷分布可知,雷雨雲下部帶負電,而上部帶正電.根據雲層帶電極性來定義雷電流的極性時,雲層帶正電荷對地放電稱為正閃電,而雲層帶負電荷對地放電稱為負閃電.正閃電時正電荷由雲到地,為正值,負閃電時負電荷由雲到地,故為負值.雲層對地是否發生閃電,取決於雲體的電荷量及對地高度或者說雲地間的電場強度.
雲地間放電形成的先導是從雲層內的電荷中心伸向地麵.這叫做向下先導.其最大電場強度出現在雲體的下邊緣或地上高聳的物體頂端.雷電先導也可能是從接地體向雲層推進的向上先導.因此,可以把閃分成四類,隻沿著先導方向發生電荷中和的閃電叫無回擊閃電.當發生先導放電之後還出現逆先導方向放電的現象,稱為有回擊閃電.
上麵講到一次雷擊大多數分成3～4次放電,一般是第一次放電的電流最大,正閃電的電流比負閃電的電流大.這可以從圖1.2典型的雷雨雲中的電荷分布得到理解.
電流上升率數據對避雷保護問題極其重要,最大電流上升率出現在緊靠峰值電流之前.習慣上用電流波形起始時刻至幅值下降為半幅值的時間間隔來表征雷電流脈衝部分的波長.雷電流的大小與許多因素有關,各地區有很大區別,一般平原地區比山地雷電流大,正閃電比負閃電大,第一閃擊比隨後閃擊大.
二、閃電的電荷量
閃電電荷是指一次閃電中正電荷與負電荷中和的數量.這個數量直接反映一次閃電放出的能量,也就是一次閃電的破壞力.閃電電荷的多少是由雷雲帶電情況決定的,所以它又與地理條件和氣象情況有關,也存在很大的隨機性.從大量觀測數據表明,一次閃電放電電荷Q可從零點幾庫侖到1000多庫侖.然而在一次雷擊中,在同一地區它們的數量分布符合概率的正態分布.第一次負閃擊的放電量在10多庫侖者居多.
一朵雷雲是否會向大地發生閃擊,由幾個基本因素決定,其一是雲層帶電荷多少,其二是把雲層與大地之間形成的電容模擬為平板電容時,它對大地的電容是多少.當然這個模擬電容兩極之間的電壓就是由電容和帶電量決定的.當這個模擬電容內的電位梯度du/dl達到閃擊值時就會發生閃擊.當閃擊一旦發生,雲地之間即發生急劇的電荷中和.
雷電之所以破壞性很強,主要是因為它把雷雲蘊藏的能量在短短的幾十μs放出來,從瞬間功率來講,它是巨大的.但據有關資料計算,每次閃擊發出的能量隻相當燃燒幾千克石油所放出的能量而已.
三、雷電波的頻譜分析
雷電波頻譜是研究避雷的重要依據.從雷電波頻譜結構可以獲悉雷電波電壓、電流的能量在各頻段的分布,根據這些數據可以估算通信係統頻帶範圍內雷電衝擊的幅度和能量大小,進而確定避雷措施；在電力係統中,了解雷電波頻譜分析在避雷工程中,也可以根據其分析結果,用最小的投資,達到足夠安全的效果.
雖然各種雷電波總體的輪廓相似,但是每一次雷電閃擊的電流（電壓）波形仍然存在很大的隨機性.
雷雲向大地或雷雲之間劇烈放電的現象稱為閃擊（這裏以討論前者為主）,帶負電荷的雷雲向大地放電為負閃擊,帶正電荷的雷雲向大地放電為正閃擊,雷雲對大地放電多為負閃擊,其電流峰值以20~50KA居多.正閃擊比負閃擊猛烈,其電流幅值往往在100KA以上,我國黑龍江省近年曾發生過300KA正電荷閃擊記錄（通常200KA以上屬少見）.
