一些现代防雷技术作业

作业题１.求均匀带正电的无限大平面薄板的场强，设电荷的面密度为e。解：由于对称，两侧距平板等距离的点场强大小一样，方向处处与平板垂直，并指向两侧（见图a）。根据场强分布的这个特点，我们把高斯面取成图b所示的形式，它是这样一个柱体的表面，其侧面与带电面垂直，，两底与带电面平行，并对带电面对称。第４７页图那么，场强的大小为另，圆柱面所包围的电荷为根据高斯定理则最后有()()()()2()coscoscoscos22πESEdSEdSEdSEdSEdSrE柱面左侧右侧左侧2πer(S)0()1cosEiSEdSq内220π2πeErrE02eE2.什么是高层建筑和超高层建筑？答：高层建筑：十层和十层以上的居住建筑高度超过24米的其它建筑超高层建筑：高度超过100米的建筑３.什么是雷电反击？答：雷电反击通常是指接受直击雷的金属体，包括接闪器、接地引下线、接地体、其它与大地连接的金属物体在接闪瞬间与大地间存在很高的电压，这电压对这些金属物体发生闪击（或叫闪络）的现象称为反击。4.什么是跨步电压？跨步电压是怎样形成的？答：距离为0.8米的地面电压。当雷电流经地面雷击点或接地体，流散入周围土壤时，在它周围形成电压降落。如果有人在接近接地体附近行走，两脚距离超过0.8米，就会由于跨步电压而触电，可能造成人身或牲畜的伤亡事故。5.什么是接触电压？答：当雷电流经引下线和接地装置时，由于引下线本身和接地装置（包括一些与防雷装置连通的金属物体）都有阻抗，因而会产生较高的电位差，这种电位差有时高达几万伏，甚至几十万伏。这时若有人或牲畜接触引下线或接地装置，就会受到雷电流所产生的接触电压的危害。6.什么是旁侧闪络？答：旁侧闪络是雷电没有直接击中受害人，而是击中受害人附近的物体。由于被雷击物体带高电位，向它附近的人或牲畜闪击放电而造成伤害。7.晴天大气电流包括哪几种电流？指出这些电流的电流密度。答：晴天大气电流包括有：传导电流：是大气正、负离子在大气电场作用下的定向迁移造成的，其电流密度矢量是je。对流电流：是气流对流携带这体电荷一起移动而形成的，其电流密度矢量是jw。扩散电流：是大气电荷因湍流和扩散而形成的，其电流密度矢量是jt。位移电流：由于大气电场强度发生变化时而产生的电流，其电流密度矢量是jd那么，大气电流密度矢量j为j=je+jw+jt+jd8.积雨云中的电荷分布是怎样的？答：积雨云中的电荷分布大致有三个区域：最高集中区是正电荷，中间区是负电荷，最低区是正电荷。最低区的正电荷较少，中间区的负电荷最多，离地面较近，对云地之间的大气电场起主要作用。９.根据积雨云中的电荷分布情况，晴天和有积雨云时的大气电场方向是怎样的？答：晴天大气电场的方向是自高空指向地面，而有积雨云是，大气电场方向突然反转为自地面指向高空。10.关于积雨云的起电机制，有哪三种学说？谈谈你的看法。答：积雨云的起电机制有三种学说：感应起电学说、温差起电学说、破碎起电学说。我的看法是：11.闪电有哪几种类型？答：闪电的分类有两种，一种是以形状分类的，另一种是以空间位置分类的。（１）以形状分类有：线状闪电（最常见）、带状闪电、片状闪电、联珠状闪电、球状闪电。（２）以空间位置分类有：云内闪电（云闪）、云际闪电（云闪）、晴空闪电、云地闪电（地闪）12.大气是怎样导电的？答：当大气局部区域的电场强度达到击穿电场强度时，气体中将出现迅速增多的电子。这些电子在强电场中加速运动，将中性的大气分子或原子的阶电子被撞击出来，产生了正、负离子和新的电子。这些新的带电粒子同时参加撞击，使更多的大气分子或原子电离，如此，很快形成电子崩。另外，在电离过程中，撞击使空气分子或原子处于激发态而发出光子。光子也撞击空气中的分子或原子，光子的速度很大，对气体导电起着重要作用。如此，大气局部区域变为了导体，出现伴有发光和发声的放电现象。13.为什么会出现“电闪雷鸣”？答：当雷雨云内部、云际之间或云地之间的电场强度足够大时，云雾大气发生电击穿，空气被电离。在电离过程中，原子内部电子在能级上的跃迁会发光，这些光子的速度远大于电子，它们更加快和扩大空气的电离，这部分发光的导电气体就是流光。而且，在电场的作用下，流光逐级往下方弯曲延伸，也就是梯级先导一段一段向下发展。当梯级先导到达离地面一定高度时，其头部与地面空气间隙被击穿，主放电即回击放电以更高的速度从地面冲向云下端，发出很强的光柱，这是第一次闪击。相隔数秒之后，从云中一根暗淡的光柱，携带巨大的电流，沿第一次闪击路径直窜地面，即直窜先导（也叫箭式先导）。当箭式先导离地一定距离时，地面再次向上回击放电，再形成强光柱，也就是第二次闪击。接着又类似第二次那样的第三次、第四次闪击，最终完成一次闪电全过程。因而在一次全闪击的过程中，闪电多次发出强烈无比的光亮。与此同时，在闪电的极短的时间内，不同极性的电荷通过狭窄的闪电通道互相中和，产生强烈的光和热。闪电通道中的空气突然剧烈增若，使通道的温度高达1500020000C，因而造成空气急剧膨胀，通道附近的气压可猛增至一百个大气压以上。紧接着，又发生迅速冷却，空气很快收缩，压力减低。这一骤胀骤缩都发生在千分之几秒的极短时间内，所以在闪电爆发的一瞬间，会产生冲击波。冲击波以5000m/s的速度向四面八方传播。在传播过程中，它的能量很快衰减，而波长则逐渐增长。在闪电发生后0.10.3s，冲击波就演变成声波，这就是我们听到的雷声。雷声的另一种说法：在高压电火花的作用下，由于空气和水汽分子分解而形成的爆炸性气体发生爆炸时所产生的声音。雷鸣的声音在最初的十分之几秒时间内，跟爆炸声相同。这种爆炸波扩散的速度为5000m/s，之后0.10.3s，它就演变为普通声波。炸雷：一般是距离观测者很近的云对地闪电所发出的声音。因为闪电就在观测者附近，它所产生的爆炸波还来不及演变成普通声波，所以听起来犹如爆炸声一般。闷雷：如果云中闪电时，雷声在云里面多次反射，在爆炸波分解时，又产生许多频率不同的声波，它们互相干扰，使人听起来感到声音沉闷，这就是我们听到的闷雷。拉磨雷：是长时间的闷雷。原因是主要是声波在云内的多次反射以及远近高低不同的多次闪电所产生的效果。此外，声波遇到山峰、建筑物或地面时，也产生反射。有的声波要经过多次反射，这多次反射有可能在很短的时间间隔内先后传入我们的耳朵。这时，我们听起来就觉得雷声沉闷而悠长，有如拉磨之感。14.地闪是如何形成的？答：雷雨云的中间部分带负电荷，电量最多，起主要作用，下端带少量的正电荷。起先，雷雨云中部与云下端的电场随着云中电荷的积累而加强。当大气电场强度增大到一定程度（10000V/cm以上）时，大气中的电子获得足够大的动能撞击空气分子或原子，使空气分子或原子电离而变成离子，并产生新的电子。这些新的带电粒子同时参加撞击，使更多的空气分子或原子电离，如此，很快形成电子崩。同时，在电离过程中，原子内部电子在能级上的跃迁会发光，这些光子的速度远大于电子，它们更加快和扩大空气的电离，这部分发光的导电气体就是流光。由于电子崩和流光使空气成为良好的导电通道，这就是云内的闪电通道的先驱。随着云内中层负电荷与下层正电荷区之间的强电场产生与加强，使局部区域的流光发展为云闪。由于云闪，使得雷雨云的负电荷区扩展到云的下端。而大地虽然带负电，但在雷雨云下方，随着电场分布的变化，正电荷迅速集中到地面较突出的地方，局部地区地表带正电。这时云下端与大地之间的电场强度增大了。在雷雨云最下端，电场强度最大，空气首先被击穿，出现向下发展的流光，形成向下发展的梯式先导。梯式先导不断向下推进，而大地是导体，地面周围的电荷因静电感应大量集中到与先导下端较近的地点。特别是地面最高的尖端物上的电场强度最大，首先发生电击穿，先向上发出迎面先导，与雷雨云的下行先导接近。大量地面电荷迅速集中到这个击穿点，在强电场的作用下，冲向梯式先导通道，再迅速冲向雷雨云完成一次回击放电。电流极大，产生很强的光。相隔数秒之后，从云中一根暗淡的光柱，携带巨大的电流，沿第一次闪击路径直窜地面，即直窜先导(也叫箭式先导)。当箭式先导离地一定距离时，地面再次向上回击放电，再形成强光柱，也就是第二次闪击。接着又类似第二次那样的第三次、第四次闪击，最终完成一次闪电全过程。这就是地闪。（参阅书第49页图4.7地闪的全过程）15.地闪电流包括哪几部分？答：地闪电流包括先导电流、回闪电流、连续电流和后续电流。16.什么叫直窜先导？它与梯式先导有什么不同？答：直窜先导也叫箭式先导。在第一次闪击后，放电通道还分布着导电的电荷，这时闪击从雷雨云下端沿第一次闪击路径直接一次伸展到地面，这就叫做直窜先导。梯式先导也叫梯级先导。从云的下端伸向下方的导电通道是逐步向下发展的，这就叫梯式先导。17.地闪的分类是以什么为标准的？答：地闪分类是以雷雨云为参考标准。雷电流自云流向地的方向为正，电场方向由云端指向地面，这样的地闪称为正地闪（或正雷）。雷电流自地流向云的方向为负，电场方向由地面指向云端，这样的地闪称为负地闪（或负雷）。另外，有回击的有四种类型，没有回击的有四种类型，共八种类型。（参阅书第57页的图4.10八类闪电）18.书第57页的图4.10是八类地闪的示意图，请指出每一类的名称。答：图1a是没有高建筑物的开阔地带，先导带负电，不落地，没有回击，是云闪。图2a是高建筑物顶带正电，放电从高建筑物开始，然后发展为向上行的先导，先导带正电。没有回击。叫“向上正先导－连续放负电”。是地闪。图3a是没有高建筑物的开阔地带，先导带正电，不落地，没有回击，是云闪。图4a是建筑物顶带负电，向上先导开始于高建筑物，先导带负电，流入地的电荷为正，电流为正，持续时间长，为连续电流。没有回击。叫“向上负先导－连续正电流闪电”。（山地型）接下页图1b是没有高建筑物的开阔地带，先导带负电，有回击，叫“向下负闪电”，也就是“下行负雷”。最常见。图2b是高建筑物顶带正电，放电从高建筑物开始，然后发展为向上行的先导，先导带正电。有回击。叫“向上正先导－多闪击负闪电”。也叫“上行负雷”是地闪。图3b是没有高建筑物的开阔地带，下行先导带正电，有回击。罕见。图4b是建筑物顶带负电，向上先导开始于高建筑物，先导带负电，流入地的电荷为正，电流为正，有很强烈的回击。向上负先导以极长的连续先导向上伸展，直至与内闪电会合，引发向上电流闪电。叫“脉冲正电流闪电”（山地型），即“上行正雷”。常是巨雷。19.关于闪电的形成机制有哪几种说法？你的看法呢？答：闪电的形成机制大致有四种说法：先导机制学说、积雨云电击穿机制、云地间的先导通道、其它地闪的先导我的看法是：20.有的建筑物安装了避雷设施，设备也做了避雷保护，但仍然遭到雷击，损失巨大。究其原因是各种各样的。请列举几个原因。答：建筑物安装了避雷设施，设备也做了避雷保护，但仍然遭到雷击，究其原因，有可能是：未按建筑物设计规范要求进行设计和安装；避雷针虚设，防雷设施不健全或有重大失误；虽然安装了避雷设施，但年久失修，甚至引下线断裂；安装避雷设施偷工减料、质量达不到技术要求；在高层建筑物顶上任意安装各种天线、架设铁塔、安装金属材料做的广告、安装各种装饰灯具等；有雷雨时不按规定进行室外操作，防雷装备不符要求，防雷措施不到位等等。21.防雷技术的基本原则是什么？答：防雷技术要遵循科学的原则，防雷工作要根据当地本部门的具体情况，按照国家或有关部门制定的规范执行。另外，还有经济原则和耐用可靠的原则。22.防雷保护的对象是哪些？答：建筑物、设备、人。23.现代防雷技术采取那些措施？具体说明之。答：现代防雷技术一般采用“Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｇ、Ｓ”六个措施，具体内容如下：Ａ（Avoiding）躲：在基建选址时就要考虑当地的雷暴情况，避开多雷区和容易落雷地点；在雷暴来临之际，在易遭雷击的地方，例如高山上，可关断仪器设备的电源，拔下插头，甚至拆掉天线，躲开闪击。Ｂ（Bonding）等电位连接：将建筑物各部分和建筑物内仪器设备都做等电位连接。保证各处电位相