 |
從電場的角度看，雷電放電應山電氣距離最近的點發(fā)展。
田為電氣距離近，意味著整個路徑的平均場強最強。20世紀90年代，蘇聯(lián)科學家通過觀察，提小了“300m以l：，雷電有選扦性”的說沾。就是說，雷電向電場強度最強的方向發(fā)展，通常雷電選樣向當?shù)氐淖罡唿c發(fā)展，比如lI順、電視塔、高樓、浪涌保護器通信慕站、煙囪、電力高壓線路等，我們經(jīng)常會看見下行的雷電先導突然轉彎．打向其他物體，被稱為“300m以下無選樣性”。
隨著利‘拉的進步，在實際現(xiàn)場和試驗室內，使用高速攝像技術，發(fā)現(xiàn)廠上行迎擊先導放電過程和多個上行先導共存的現(xiàn)象。認識了這個過程，我們就可以解釋檗個雷電最初的基木過程：
雷云電荷建立電場，并作川弓；地面上的所有物體。在場強足夠強時，雷電開始沿場強最強方向下行，前面的先導放電端部將雷云所處的高電位帶向地面．地面卜所響物體的表面電場強度瞬時、同時提高。地面物體表面上達到串氣擊穿場強的點(通常是尖端)會最先㈩現(xiàn)卜行迎擊先導；隨著雷云先尋的繼續(xù)下行，陸續(xù)會有其他物體表面卜達到空氣山穿水平，㈩現(xiàn)多個上行先導。
在這多個先導中，如果沒有空中阻礙或阻礙比較弱，突破阻礙區(qū)的上行先導就成為廠響效先導，—亡行有效先導將開始屏蔽周同物體的場強，使之減弱：有效的卜行先導加強廠呵下行先守之間的電場強度，強力發(fā)展，形成放電弧道。在空中，能夠阻礙上行先導發(fā)展的只有勺上行先守同極性的空間電荷。
圖1—1為實驗室內沖擊放電上、下行先導過程的高速攝像截圖，拍攝速度為16ps／幅：從圖中可以看出，浪涌保護器圖1—1(b)中先導對接后形成的放電流注的亮度遠高于圖1—1(a)的亮度：
從上行先導的過程看，雷擊點的選擇實際上是來白地面，并非目前大多數(shù)人所認為的一種隨機性。卜行迎擊先導放電實際卜是將地電位送到了空中，進一步加強了卜行先導端頭與下行先導放電端頭之間的場強，產(chǎn)生短路效應．強制屏蔽周圍其他物體。
圖l-2為北京雷電防護裝置測試中心高壓實驗室中一次放電過程中，同一拍攝角度的高速攝像截圖與常規(guī)D，、』照片的比較。圖中先導發(fā)／[垢對接，形成主放電；這個試驗是一個避雷針保護角的試驗攝像，試驗條件是預加直流50kV／2．5min后，施加650kV的沖擊電壓。其，{吐云板上下垂電極的放電點模擬了已產(chǎn)生的下行九導。
圖1-2中兩個時刻亮度的變化差百倍以上，圍1-2(a)中，
高速攝像連背景都無法顯示。
除了高速攝像證明上行先導的存在外．近代物理學也提供了足夠的物理學論據(jù)。
氣體中導電與金屬中導電不同。金屬中，分子被固定在原位置，只有電子才可以自由移動，所以金屬中只有自由電子參與導電。大氣中正負電荷都參與導電，如果兩種電荷相向移動，則對外表現(xiàn)的電流的方向是一致的。
雷電放電是在大氣中完成的；近代物理學認為：氣體中放電，如果有光存在，浪涌保護器一定存在著兩種電荷的復合過程。
分子復合與發(fā)光如圖1—3所示。帶正電的分子吸收電子(或帶負電的分子中的負電荷)，分子的能級將出現(xiàn)下降，這個能量的釋放將會以一定波長的光子的形式出現(xiàn)。如果只有單—極性的電荷在空氣中運動，則沒有光會被看到。所以空氣中只要有光被看到就一定存在著兩種極性的電荷在運動十復合。強烈的發(fā)光一定存在著大量的電荷瞬時復合過程，僅靠空氣中由存在的電荷是做不到的：
氣體貫穿性放電發(fā)光，除了放電電極外．對面電極發(fā)㈩的迎擊放電是不可缺少的，小到門光燈、霓虹燈．大到實驗室放電和大氣中雷電放電均如此：陰極顯像管中是單一極性的電子束在真空中運動，所以沒有光線從內部發(fā)出，只有電子束到達陽極熒光層，被熒光材料俘獲后，才有熒光產(chǎn)生。這是口光燈管中只址低氣壓，而非真豐的原因，我們需要帶電分子在燈管中復合發(fā)光。
㈠了和上行迎擊先導中各只帶有—．種電荷，但可以看見具發(fā)光，這說明仍然有一定量的復合過程。復合過程中所需的另一種極性的電荷主要來門于放電先導端部的高場強對空氣的電離過程：先導端部高場強區(qū)單位體積內的儲能”
高場強可以電離主要的生氣分子。分子被電離后，同極性電荷的分子留在原地，作為先導的延伸；反極性的電荷分子(粒子)，在通道內電場的作用下，將沿著光導通道，向先導放電發(fā)生點運動，外不停地產(chǎn)生復合過程，產(chǎn)生發(fā)光。由于電離數(shù)量有限，而且復合過程—止要延續(xù)到先導放電發(fā)生點，所以先導的亮度就不太高。
發(fā)光是一種能蛄轉化輸出過程。在先導向前發(fā)展過程中，它將雷云電場所儲的部分能址轉化成光能輸出。整個先導端部電離過程所需的能量來自雷厶層與地而之間儲能電容結構的變化：帶電云層勺地之間構成一個結構電容，大地和云層就是電容的兩個電極板；
在擊穿放電發(fā)生前，對于一個電荷量相對穩(wěn)定的系統(tǒng)區(qū)域來配，《不變：當先導前移．放電電極之間距離J變小時．c會增加；整個系統(tǒng)的儲能w將會減小。所減小的能量是被川于了空氣的電離過程，并以發(fā)光的形式釋放㈩來了：
攝像和物理學證明，要產(chǎn)牛貫穿性流注放電，地面上的上行先導的存在是必需的。大氣中，如果沒有對面迎擊剛來的先導，貫穿性放電則不可能形成。在雷雨天，可以看到有些向地面發(fā)展的下行先導放電并沒有落地就結束廠：說明地面上物體的形狀和特性一定影響著放電的過程。在后面的章節(jié)將要探討地面上電場的問題。
氣體貫穿性放電發(fā)光．一定存在對面電極發(fā)㈩的迎擊放電。
對于雷電過程，地面物體發(fā)小的迎擊放電可稱為卜行迎擊九導放電(有文章稱為迎面先導)，，上行迎擊先導的特點如卜：
(1)上行先導內所帶電荷極性一定與雷云所帶電荷極性相反。盡竹測到的電流是與雷云F行的電流方向一致，它呈兩種極性電荷的相向運動過稈。
(2)上行先導上升的高度可以達到數(shù)百米的高空。從試馳室內測試拍攝所得到的多幅圖片對比看到，上行和卜行的先導的長度摹本上是對等的，其運動速度也基本相同。大氣空間中，下行先導導致地面某一可以產(chǎn)生有效先導點的局部場強達到空氣絕緣強度后，剩余空間對分就可以認為是上行先導所能達到的高度。
(3)有效卜行兒導將屏蔽周圍其他地而物體上方的電場。浪涌保護器向上運動的先導就像瞬間豎起來的避宙針，它的端部是接近地電位的電壓。它一定會屏蔽臨近物體上的電場，使這些物體表面電場迅速降低并開始反向、表面的感應電荷也將開始變換極性，這雌物體就失去了參與在本次雷電過程中的對雷云的放電可能，(4)地面上所有表面場強達到空氣擊穿水平的物體，均有機會出現(xiàn)上行迎擊先尋放電，但能否成為有效先導，還將取決于周圍的環(huán)境影響。有效上行迎擊先導只能從當?shù)匚矬w中，對外電氣表現(xiàn)為最小尺寸的接地(或絕緣瞬時擊穿接地)物體上發(fā)出。物體的電氣表現(xiàn)不是我們肉眼看見的金屬結構，而是包含了卞間電荷的一種結構表現(xiàn)：那些沒有成形的地面上行先導，會成為地面上方的高密度電荷區(qū)；川現(xiàn)未成形上行先導的物體的放電點，實際卜也失去了參與木次對雷云再次放電的機會；出現(xiàn)朱成形上行九導的物體也是當?shù)氐母呶Ｎ矬w。
(5)物體對地的電阻超過—定的值后，也不可能產(chǎn)生有效光導。因為對地的電阻將消耗大部分雷云儲能電齊變化所釋放小的能市，先導無以為繼，除非產(chǎn)生物體表面的沿面放電：
(6)上行先導不會引起其他設備出現(xiàn)絕緣破壞問題：其“是電流小，其二是周陽靜電感應在減小。除廠少量磁場感應外．沒有其他破壞能力，但具電流值足以使人畜死亡。
