张德赛:雷电流沿导线的流动

Ft 2010-06-29 AM 57℃ 0条

转述日志如下http://science.mblogger.cn/zhangdesai

雷电流沿导线的流动

Posted on 2005年12月10日 20:47

雷击导线意味着有大量的电荷涌到导线上来,它产生的作用完全和将电源合闸到导线上一样,因此对于雷击导线,可以想像是电源合闸,至于电源是直流还是交流,可以不去考虑,反正它是供给导线电荷的装置。

我们研究雷击导线的规律,实际上是研究电荷沿导线流动的规律。对于输电线来说,它对地有电容,这些电容不是在一头一尾有,而是处处都有。输电线有电流通过的有磁力线交链导线,所以输电线也有电感,这些电感也是处处都有,即在输电线上,它每点都有对地电容,每点都有电感,它们分布在全部输电线的所有点上。

开关合闸意味着给导线送电荷,当开关刚合上时,则第一个电容先充满,由于电感上的电流不能突变,所以第一个电感此时没有电流,因此该电感之后的第二个电容上也没有电荷,必须要经过一段时间才能充满,从这里我们得出一个概念,电荷传递需要时间,用专业的语言,即电信号的传递是有速度的,电荷的传递形成了波,所以雷电也称为雷电波,现在我们知道由于线路上的众多电容电感处处与它作梗,所以雷电波在导线上运动是有速度的,通过计算,它的运动速度为每秒钟跑30万公里,即一秒钟可绕地球7周半,这个数字太大了,因为我们的输电线路甚至把输电电压提高到特电压阶段(即1000KV以上),线路的长度也只有千把公里,我们把该速度上下各缩小百万分之一,即雷电波的速度为300米/微秒,恰好雷电释放电荷的速度也是极快的,它可以在1个微秒之内达到最大值,所以雷电波的速度用米/微秒表示是合理的。雷电波沿导线运动时即有电压又有电流,电压意味电场,电流意味磁场,所以雷电波就是电磁波.我们知道,光的速度也是每秒30万公里,所以光也是电磁波,所以速度把两个不同的学科联系起来了。

雷电波的电压与雷电流的比值我们称为波阻,这很奇怪,前面我们只承认导线处处有电容和电感,而把导线的电阻忽略不计了,现在波阻却出现了.波阻的产生不是因为导线电阻的存在,而是导线电容、电感的存在,使波的运动受到了阻碍。即导线在雷电波时呈现为波阻.对无限长架空线来说,其波阻或者说对电源呈现的作用是400欧姆,对无限长电缆,其波阻为30欧姆。波阻是一个很有趣的概念,如果导线无限长,我们就可以用波阻去替代这条导线。如果导线中途断开了,则断开处的波阻无穷大,雷电波到此电压会增加1倍,这个概念在技术上很重要,例如雷电波打到输电线上,传到变压器,如果变压器此时空载,则变压器将承受2倍的雷电压。

我们再来分析雷打到地上的情况。雷电打到地面上之前,一定在一个通道内行进,这个通道实际上也可以认为是一根导线,所以雷电通道也有波阻,其值为300欧姆。雷击中地面时,遇到的主要是接地电阻,而接地电阻相对于雷电通道的波阻而言可以忽略不计,所以流过接地点的雷电流为沿雷电通道来波的2倍。这是因为雷电波在导线上传播时,既有电能又有磁能,到了地面之后,电阻为零了,所以电压没有了,即电能为零,而能量又要守恒,所以电能只能转化为磁能,磁能与电流相对应,故电流增加1倍。

非特殊说明,本博所有文章均为博主原创。

评论啦~