雷電的產(chǎn)生，雷電的危害形式

　　雷電是自然界中一種常見的放電現(xiàn)象，是發(fā)生在大氣層中的聲、光、電物理現(xiàn)象，常見的雷電現(xiàn)象的一部分帶電云層與另一部分帶異種電荷的云層與大地之間的迅猛的放電過程。　　

空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，經(jīng)過一些復(fù)雜過程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負(fù)電荷。經(jīng)過運(yùn)動(dòng)，帶上相同電荷的質(zhì)量較重的物質(zhì)會(huì)到達(dá)云層的下部（一般為負(fù)電荷），帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會(huì)到達(dá)云層的上部（一般為正電荷）。這樣，同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心，當(dāng)異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場(chǎng)擊穿時(shí)，就形成“云間放電”（即閃電）。　

　帶負(fù)電荷的云層向下靠近地面時(shí)，地面的凸出物、金屬等會(huì)被感應(yīng)出正電荷，隨著電場(chǎng)的逐步增強(qiáng)，雷云向下形成下行先導(dǎo)，地面的物體形成向上閃流，二者相遇即形成對(duì)地放電。這就容易造成雷電災(zāi)害。雷電形成于大氣運(yùn)動(dòng)過程中，其成因?yàn)榇髿膺\(yùn)動(dòng)中的劇烈摩擦生電以及云塊切割磁力線。

閃電的形狀*..常見的是枝狀，此外還有球狀、片狀、帶狀。閃電的形式有云天閃電、云間閃電、云地閃電。云間閃電時(shí)云間的摩擦就形成了雷聲。

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因雷電引發(fā)的災(zāi)害越來越嚴(yán)重，常遭受雷電影響的領(lǐng)域有建筑、電網(wǎng)、通訊、林業(yè)、交通、易燃易爆場(chǎng)所、軍事設(shè)施，以及居民的電冰箱、電視、VCD等電器設(shè)施等。　

　　關(guān)于雷電的產(chǎn)生有多種解釋理論，通常我們認(rèn)為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產(chǎn)生摩擦，從而形成了帶有正負(fù)電荷的小水滴。當(dāng)正負(fù)電荷累積達(dá)到一定的電荷值時(shí)，會(huì)在帶有不同極性的云團(tuán)之間以及云團(tuán)對(duì)地之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，從而產(chǎn)生云團(tuán)對(duì)云團(tuán)和云團(tuán)對(duì)地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。　　具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結(jié)、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負(fù)電，兩種極性不同的電荷會(huì)使云的內(nèi)部或云與地之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，瞬間劇烈放電爆發(fā)出強(qiáng)大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強(qiáng)，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會(huì)聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。　　而對(duì)我們生活產(chǎn)生影響的，主要是近地的云團(tuán)對(duì)地的放電。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近地云團(tuán)大多是負(fù)電荷，其場(chǎng)強(qiáng)*..大可達(dá)20kV/m。　　二、雷電的危害

　　自然界每年都有幾百萬次閃電。雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的*..嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。*..新統(tǒng)計(jì)資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災(zāi)害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年因雷擊以及雷擊負(fù)效應(yīng)造成的人員傷亡達(dá)3000～4000人，財(cái)產(chǎn)損失在50億元到100億元人民幣。　　雷電災(zāi)害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業(yè)�，F(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，帶來的負(fù)效應(yīng)之一就是其抗雷擊浪涌能力的降低。以大規(guī)模集成電路為核心組件的測(cè)量、監(jiān)控、保護(hù)、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)電子設(shè)備廣泛運(yùn)用于電力、航空、國防、通信、廣電、金融、交通、石化、醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域，以大型CMOS集成元件組成的這些電子設(shè)備普遍存在著對(duì)暫態(tài)過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點(diǎn)，暫態(tài)過電壓不僅會(huì)造成電子設(shè)備產(chǎn)生誤操作，也會(huì)造成更大的直接經(jīng)濟(jì)損失和廣泛的社會(huì)影響。　　雷擊造成的危害主要有四種：　　（1）直擊雷　帶電的云層對(duì)大地上的某一點(diǎn)發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，稱為直擊雷。它的破壞力十分巨大，若不能迅速將其瀉放入大地，將導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、建筑物、設(shè)施、人畜遭受嚴(yán)重的破壞或損害——火災(zāi)、建筑物損壞、電子電氣系統(tǒng)摧毀，甚至危及人畜的生命安全。　�。�2）雷電波侵入　雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對(duì)布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴(kuò)散，侵入并危及室內(nèi)電子設(shè)備和自動(dòng)化控制等各個(gè)系統(tǒng)。因此，往往在聽到雷聲之前，我們的電子設(shè)備、控制系統(tǒng)等可能已經(jīng)損壞。　�。�3）感應(yīng)過電壓　雷擊在設(shè)備設(shè)施或線路的附近發(fā)生，或閃電不直接對(duì)地放電，只在云層與云層之間發(fā)生放電現(xiàn)象。閃電釋放電荷，并在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應(yīng)生成過電壓。

　　雷擊放電于具有避雷設(shè)施的建筑物時(shí)，雷電波沿著建筑物頂部接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或避雷針）、引下線泄放到大地的過程中，會(huì)在引下線周圍形成強(qiáng)大的瞬變磁場(chǎng)，輕則造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；嚴(yán)重時(shí)可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓。　　（4）系統(tǒng)內(nèi)部操作過電壓　因斷路器的操作、電力重負(fù)荷以及感性負(fù)荷的投入和切除、系統(tǒng)短路故障等系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變化而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變，引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生內(nèi)部過電壓，即操作過電壓。　　操作過電壓的幅值雖小，但發(fā)生的概率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷電感應(yīng)過電壓。實(shí)驗(yàn)證明，無論是感應(yīng)過電壓還是內(nèi)部操作過電壓，均為暫態(tài)過電壓（或稱瞬時(shí)過電壓），*..終以電氣浪涌的方式危及電子設(shè)備，包括破壞印刷電路印制線、元件和絕緣過早老化壽命縮短、破壞數(shù)據(jù)庫或使軟件誤操作，使一些控制元件失控。　�。�5）地電位反擊　如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設(shè)施，接地網(wǎng)的地電位會(huì)在數(shù)微秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬或數(shù)十萬伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，或者擊穿大地絕緣而流向另一設(shè)施的供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，從而反擊破壞或損害電子設(shè)備。同時(shí)，在未實(shí)行等電位連接的導(dǎo)線回路中，可能誘發(fā)高電位而產(chǎn)生火花放電的危險(xiǎn)。　　三、淺談避雷原理　　雷電的發(fā)生是不能避免，不能阻止的，因?yàn)檫@是自然現(xiàn)象。但是，我們可以設(shè)法避雷，設(shè)法使雷電天氣對(duì)我們不造成災(zāi)害。　　在雷雨天氣，我們有時(shí)會(huì)—看到一些些參天大樹被雷電擊倒，而周圍的一些高塔、高樓等高層建筑卻安然無恙。這是什么原因呢?

　　這些參天大樹由于受到帶大量電荷的云層的感應(yīng)，也帶上大量電荷，積累的電荷過多時(shí)，樹就被擊倒。　　而同樣倩況下．高層建筑安然無恙恐怕要?dú)w功于避雷針了。在許多高塔上都有于個(gè)金屬做的、狀如針頭向上直立的東西，這就是避雷針。　　那么，這高高聳立、貌不驚人的東西為什么會(huì)有這么大的“魔力”，能“避雷”呢?

　　原來，避雷針應(yīng)叫“引雷針”。在雷雨天氣，高樓上空出現(xiàn)帶電云層時(shí)，迅雷針和高樓頂部都被感應(yīng)上大量電荷，由于避雷針針頭是尖的，而靜電感應(yīng)時(shí)，導(dǎo)體尖端總是聚集了*..多的電荷。這樣，避雷針就聚集了大部分電荷。避雷針又與這些帶電云層形成了一個(gè)電容器，由于它較尖，即這個(gè)電容器的兩極板正對(duì)面積很小，電容也就很小，也就是說它所能容納的電荷很少。而它又聚集了大部分電荷，所以，當(dāng)云層上電荷較多時(shí)，避雷針與云層之間的空氣就很容易被擊穿，成為導(dǎo)體。這樣，帶電云層與避雷針形成通路，而避雷針又是接地的。避雷針就可以把云層上的電荷導(dǎo)人大地，使其不對(duì)高層建筑構(gòu)成危險(xiǎn)，保證了它的安全。　　　　　　　　　參考資料：《中國教育曙光網(wǎng)》、《自然災(zāi)害》

防雷器專欄