雷电的形成

（1）雷云的形成

雷电的生成始于雷云的生成，其实有几种云都与雷电有关，如层积云、雨层云、积云、积雨云，最重要的则是积雨云，即雷云。雷云是由大气上空的水滴、冰晶和气体尘埃等组成的巨大的、不透光且带电荷的乌黑色云块，其形成的根本原因就是含水蒸气的气流运动。随着雷云的不断发展聚积，将会引起闪电、雷鸣现象，这就是雷暴。

1）雷暴的分类

雷暴的形成主要是两种：锋面雷暴和热雷暴。

锋面雷暴是由于在地表流动的两个气团相遇时，冷气团因密度大而流动在热气团下方，在两者交界面上形成相对运动并把热气团猛抬上升，热气流形成强大的上升气柱和涡流，这样就会形成积云。这时如果热气团的温度足够高和水分足够多，就可以形成巨大的雷暴乌云。

热雷暴发生在山区。由于阳光照射，山丘及其地面温度升高，热气流因密度小而向天空流动，附近树木、湖泊和河流等的气温较低，周围相对较冷的气流向山丘温度较高、密度较小的地带集中，同时这些气流又被山丘地表的高温加热而向天空流动，这样就形成热雷暴。

2）积雨云的起电机制

积雨云起电机制的主要理论有以下三种：

①吸水电荷效应。大气中存在方向向下的电场，使空气正负离子分别向下和向上运动。中性水滴在电场中也要受到极化，上端出现负电荷，下端出现正电荷。大水滴在下落时，它的下端吸收负离子，排斥正离子，由于大水滴下降速度快，故其上端的负电荷来不及吸收它上方的正离子，所以整个水滴带负电。小水滴被气流带着向上走，它上端的极化负电荷将吸收正离子，所以小水滴带正电。

②水滴冻冰效应。实验发现，水在结冰时冰会带正电荷，而未结冰的水带有负电荷，所以当云中冰晶区中的上升气流把冰粒上面的水带走，就会导致电荷的分离而使不同云区带电。

③水滴破裂效应。用强烈气流吹散空气中的水滴，较大的残滴带有正电，细微的水滴带有负电，这是因为水滴表面有很多电子的缘故。

3）雷云放电机理

由于云中电荷分布不均，形成许多电荷中心，所以云团之间、云团内部和云对大地之间的电场强度都是不一样的。只有当云对大地场强最高并且达到一定值时才发生对地放电。同样，云团之间电场强度达到某一临界值时也会发生云间放电。实际上，绝大多数放电是发生在云间或云内。

雷云对地放电的机理：带有大量电荷的云团对大地产生静电感应，大地感应出大量异性电荷，使雷云和大地之间形成强大的场强，当某一处的电场强度达到25～30kV/cm时，就会由雷云向大地产生先导放电（少数情况下雷电先导是由地表向上发出的）。当先导到达地面或与地面先导相遇时，通过电荷中和形成强烈放电产生雷击。放电通常不止发生一次，第一次的电流很大，后续雷击电流小得多。

（2）雷电波形及主要参数

1）模拟雷电冲击电压波

模拟雷电冲击电压波形。

主要参数：

①视在原点O1指通过波前上A点（电压峰值的30%处）和B点（电压峰值的90%处）作一直线与横轴相交之点。

②时间T：指电压波上A、B两点间的时间间隔。

③波前时间T1：指由视在原点O1到D点（=1.67T处）的时间间隔。

④半峰值时间T2：指由视在原点O1到电压峰值，然后再下降到峰值一半处的时间间隔。

2）模拟雷电冲击电流波

模拟雷电冲击电流波形。

主要参数：

①视在原点O1：指通过波前上C点（电流峰值的10%处）和B点（电流峰值的90%处）作一直线与横轴相交之点。

③时间T：指电流波上C、B两点间的时间间隔。

④波前时间T1：指由视在原点O1到E点（=1.25T处）的时间间隔。

⑤半峰值时间（波尾时间）T2：指由视在原点O1到电流峰值，然后再下降到峰值一半处的时间间隔，波尾越长，能量越大。

3）描述雷电的主要参数

除了波形图中提到的参数外，用以描述雷电的参数还有防雷区、雷暴日、雷电活动区和地面落雷密度。

①防雷区：将一个易遭雷击的区域，按照通信局（站）建筑物内外、通信机房及被保护设备所处环境的不同，进行被保护区域划分，这些被保护区域称为防雷区（LightningProtectionZones，LPZ）。

②雷暴日：用以表征雷电活动的频率，一天内只要听到雷声，就将其记为一个雷暴日。

③雷电活动区：根据年平均雷暴日的多少，雷电活动区分为少雷区、中雷区、多雷区和强雷区：

少雷区为年平均雷暴日数不超过25天的地区；

中雷区为年平均雷暴日数在25～40天以内的地区；

多雷区为年平均雷暴日数在40～90天以内的地区；

强雷区为年平均雷暴日数超过90天的地区。

④地面落雷密度：每平方公里每年对地落雷次数。

（3）防雷区的划分

将一个易遭雷击的区域，按照局站建筑物内外，通信机房及被保护设备所处环境的不同，由外到内把被保护区域划分为不同的防雷区（LPZ）。

防雷区宜按以下规定分区：

1）LPZOA区

暴露区，建筑物外部，本区内的各物体都可能遭受直接雷击和导走全部雷电流，本区的雷电电磁场没有衰减。

2）LPZOB区

本区内的各物体不可能遭受直接雷击，但本区内的雷电电磁场的量级与LPZOA区一样。

3）LPZ1区

本区内的各物体不可能遭受直接雷击，流经各导体的电流比LPZOB区更小，本区内的雷电电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施。

4）后续防雷区（LPZ2等）

当需要进一步减小雷电流和电磁场时，应引入后续防雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。

在两个防雷区的界面上，应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采用屏蔽措施。防雷区划分的一般原则。

所有电力线和信号线从同一处进入被保护空间LPZ1区，并在设于LPZOA区与LPZ1区等电位连接带1上做等电位连接（一般在进线室接地），这些线路在LPZ1区与LPZ2区界面处等电位连接带2上再做等电位连接。将建筑物外的屏蔽1连接到等电位连接带1上，内屏蔽2连接到等电位连接带2上。这样构成的LPZ2，使雷电流不能导入此空间，也不能穿过此空间。