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闪电在马来西亚的严重程度和对工程应用一些参数

对电力公用工程师来说，主要感兴趣的闪电的参数是第一次和随后的冲击的峰值电流，这些电流的波形，参数之间的相关性，每次闪击的闪光次数和闪电发生率其中地闪动密度，表示为每平方公里年的闪电，并由Ng表示。前三个参数，我们今天所知道的，在很大程度上是基于Ber-ger的测量。 Berger的桅杆，70和80米高，安装在Mt.圣萨尔瓦托雷（瑞士），它位于卢加诺湖上方650米，在那里可以很容易地注意到，这125个记录是迄今为止业界最好和最广泛的一组数据。本文重点介绍马来西亚的雷电严重程度情况，这也适用于其他热带国家，以及雷电防护系统设计和法医学研究的一些有用参数。同时总结了一些特定的工程应用，考虑了从过去和当前测量可得到的各种闪电参数。

关键词：闪电，闪电参数，地闪密度，热带国家，防雷

介绍

闪电是世界上最奇妙的自然现象之一。它可能导致财产的严重损坏。当大气区域获得足够大的能够引起电击穿的电荷时，发生闪电。据报道，在任何时候有2000个雷暴正在进行，导致每秒100次闪光到地面;这是每天800万。在美国每年造成约100人死亡和250人受伤，超过任何其他与天气有关的现象。即使没有关于由于雷电造成的受害者或幸存者的这样的数据库，一些情况已经被详细记录，特别是与由雷电造成的伤害和死亡有关的那些数据库。它已经成为许多国家的重大威胁，自然现象以前只是偶尔攻击粗心大意的生物。大多数热带国家，美国的几个南部州，日本和澳大利亚的几个地区，拥有巨大的年度雷电发生密度。

马来西亚由于闪电遇到超过70％的停电这是一个事实，并且它被称为闪电的王冠在世界上。 闪电对电气/通信网络和结构的影响会造成设备损坏，停机/数据丢失以及控制和自动化系统的故障，这可能使全国超过2.5亿令吉和数千人受伤和死亡。闪电和故意产生的闪电般的微波脉冲可能破坏对国家安全造成严重威胁的民用和国防系统。

马来西亚在闪电密度方面在世界上排名前三，比亚洲地区的任何其他国家都多。 如果他们在雷电保护方面得到适当的教育，这些人的生命本可以得到解救。 除了人身伤害和死亡，另一个令人关注的问题是每年由闪电造成的无数动物死亡。

许多案例涉及户外活动，如在不安全或不适当的地方进行捕鱼，农业，娱乐和避难。另一个问题与东南亚一些地区如马来西亚，泰国和印度尼西亚的工人的经济影响有关，其中作物的种植和收获期在季风期。 专家使用估计雷电在约10％的雷击受害者中是致命的，虽然不知道死亡与伤害比在所有国家是否相似。 表1显示了根据自2008年至2015年7月期间记录的受害者人数而导致的死亡和受伤情况。根本没有迹象显示，多年来雷电致伤和伤害已经减少，因此仍然需要作出大量努力来教育和在公众中创造意识。

本文重点介绍了马来西亚的闪电情景和工程应用的一些参数，基于以前CIGRE关于ELECTRA三十多年前由Berger等人，Anderson和Eriksson发表的文章。 测量雷电产生的电场及其独特的特性将在短时间内进行讨论，除了一个案例研究的样本，考虑从闪电定位系统获得的一些闪电参数的有用性。

一些有趣的闪电参数

地闪密度

这是一个基本参数，为闪电对电气系统频率的任何估计提供了基础。地闪光密度Ng通常被视为闪电发生率的主要描述，至少在闪电保护研究中。地闪密度已根据（1）闪电计数器（LFC）和（2）闪电定位系统（LLS）的记录估计，并且可以从基于卫星的光学或射频辐射探测器的记录进行估计。值得注意的是，卫星检测器不能区分云和地面放电，因此，为了从卫星观测获得Ng地图，需要相对于雷电放电总数的地面放电比例的空间分布。 IEEE Std 1410-2010 [18]建议，在没有基于地面的Ng测量的情况下，假设Ng等于基于卫星观测的总闪存密度（包括云和地面排放）的三分之一。

对于温带地区的地闪动密度Ng可以从Td，keraunic水平，使用等式 （1）。N = 0.04Td1.25

Torres等指出，这种表达在热带地区具有不可接受的大误差，建议使用等式的替代表达式（1），如表中所列。

图1显示了马来西亚的等值线水平（每年雷电天数）。 西海岸，特别是巴生谷，记录最高的闪电密度。 这些值几乎比全球平均值大一个数量级。 MS IEC 62305-2：2007 [21]规定了闪电密度Ng与每年温带土地上的千年级或雷声日（Td）的近似关系：Ng = 0.1 Td

基本上，所有国家和国际防雷标准（例如，IEEE Std 1410-2010 [15]; IEEE Std 1243-1997 [23]; IEC 62305系列[24-27]）包括用于第一行程的峰值电流的统计分布 负闪电（包括单次闪光）。 这种分布是大多数雷电保护研究的基础之一，主要基于在1963年至1971年在瑞士进行的直接雷电电流测量。

值得注意的是，文献中发现的任一极性的直接测量的电流波形不具有超过300kA的峰值，尽管来自重新测量的电场和磁场的推断暗示存在高达500kA甚至更高的电流。

对于CIGRE分布，98％的峰值电流超过4 kA，80％超过20 kA，5％超过90 kA。 对于IEEE分布，超过值的概率由以下等式给出。

其中P（I）是每单位，I是以kA为单位的第一回程峰值电流。 注意，这个等式适用于高达200 kA的I值。

根据Hileman [28]，这个方程，通常假设适用于负的第一笔，是基于Popolansky分析的624笔划的数据[29]，其样本包括正笔画和负笔画，以及笔画在向上闪电。

虽然后续冲程峰值电流值的分布近似于等式 （3）by（IEEE Std 1243-1997）

负首次冲程和IEEE峰值电流分布的全局峰值电流分布的样本大小可参考CIGRE技术手册（TB）549 [30]。

表3示出了从等式1导出的全局峰值电流分布。 （2）和（3）。 然而，这些分布与Berger等人的直流电流测量没有很大不同。 [31]仍然被认为是最可靠的。 参考文献[30]进一步讨论了与这种全局峰分布相关的一些其他关注。

在保护方面，雷电流已分为两部分以表示脉冲分量和长持续电流。

这两个组件是：

（1）持续时间小于2 ms的短冲程（脉冲）

（2）持续时间大于2 ms且小于1秒的长行程。

（3）在IEC 62305-1 [24]中，测试电流波形为T1 = 8mu;s和T2 = 20mu;s（称为8/0mu;s脉冲），另一个具有T1 = 10mu;s和T2 = 350mu;s（称为10/350mu;s脉冲）已被推荐。

最近，在仪表塔上进行直流测量。俄罗斯，南非，加拿大，德国，巴西，日本，奥地利，再次在瑞士不同的塔）。 巴西，日本和奥地利研究的重要成果并与Berger的数据进行比较。 此外，还考虑了近来用于火箭触发的雷电的直流电流测量。 表4和表5总结了各个研究的闪电峰值电流分布（仅从直接测量获得）和通过组合对于第一次和随后的行程的不同测量而合成的。

除了前面讨论的那些基本参数外，在工程应用中还需要一些其他闪电参数，包括最大电流导数，平均电流上升速率，电流上升时间，电流持续时间，电荷转移和比能量（动作积分）所有这些可从直流电流测量导出。 CIGRE当前采用的这些参数的分布基于Berger等人的直接测量。 [31]在瑞士。还有更新的直接电流测量，这些测量是使用在奥地利，巴西，加拿大，德国，日本，俄罗斯和瑞士的仪表塔以及在使用火箭触发的雷电的几个国家获得的。此外，现代闪电定位系统报告从测量的磁场或电场峰估计的峰值电流。此外，闪电参数，例如每次闪光的行程数（多重性），行程间隔，每次闪光的通道数，闪光灯内的相对行程强度，返回行程速度以及闪电通道的等效阻抗因为持续电流和M组分的特性是要考虑的其他参数。表6显示了由CIGRETB 63 [39]和IEEE Std 1410-2010推荐的雷电电流参数（基于Berger数据）。

自20世纪30年代初以来，已经以结构化的方式研究了云放电中的击穿过程，以便理解闪电引发机制。还有另一种通过视觉观察云的放电过程来考虑闪电效应的方法。关于过程的启动的一些有价值的信息可以由电场远程传感器提供。

遥感雷电云放电的研究可以在文献中找到，例如Weidman和Krider [40]，Le Vine等人。 [41]，Cooray和Lundquist [42]和Villanueva et al。 [43]。

基于先前的研究，发现通常在云放电开始时观察到的大微秒级脉冲可能与击穿过程开始有关。在第一个10 ms的云放电中的脉冲的详细分析由Sharma等人[44]和Bodhika et al。 [45]没有第一电场脉冲。由于他们对脉冲持续时间，过零时间和上升时间的分析，Ahmad等人[46]进行了包括云放电的第一电场脉冲的实验。

多年来，各种研究人员已经做了可靠的工作来测量和建模各种功能和效果的闪电放电具有不同的成功。这些作品有助于提高我们对闪电过程的物理意义和闪电在全局电路中的作用的理解。

在季风期间，在马来西亚普特拉大学（UPM）（2°5919.9“N 101°4329.8”E）在Serdang Selangor地区记录了电场的测量。雪兰莪有热带雨林气候，季风雨从无到11月到2月吹到马六甲海峡。从分析的总共172个闪电地闪动记录中，57个闪光包含正闪电，其中许多闪电具有高数量的后续返回行程，这在其他位置的观测是有点不寻常的。与之前已经记录的大多数正雷电恢复行程相比，其中平均多重性MAVG为1，本研究显示出高的平均多重性，这比通常观察到的高几乎四倍。表7总结了过去对正闪电进行的各自的冲击次数和平均多重性MAVG的实验研究。这是正闪电的例子之一，其旨在突出这些测量电场的独特特征。

图4显示了在31/10/13的15:22:54发生的记录闪烁之一。 发现九个阳性RS存在于具有在第一正返回行程之前的小强度PBP的闪光中。

本节详细介绍了导致居住在Lukut Negeri Sembilan棕榈房地区的一名男子死亡的事件。这一事件在马莱西亚的大多数报纸上都有报道，据报道发生在2011年11月27日大约5点30分（当地时间）。这里有几个问题，死亡事件，人员触电和设备损坏。虽然死亡是非常罕见的在这种情况下（家人声称看到红色闪光从前门），据信这是由于从屋顶闪络到受害者发生在几分之一秒内，因为看见由家庭成员。

我们从电力公司收到的一些信息表明，在2011年11月27日（事件发生的日期）4.00-6.00之间，在事故发生地点10公里半径内发生了大约155次雷击，发生了两次撞击，载荷为105 kA（6.01 p.m。）和114 kA（5.35 p.m。）。这是非常大的电流，足以造成人员和设备（从各种机制）的损坏。图5显示了2011年11月1日至2011年12月15日期间，从事故地点10公里半径处的雷击数，记录时间为45天。由于难以获得冠状动脉报告，因此无法进一步讨论从医学角度来看事件的细节。然而，在技术方面有非常好的想法，例如峰值电流，事件发生的位置以及在设计雷电保护系统时绝对有用的罢工次数。这是一个很好的例子，说明我们如何利用这些闪电参数来调查事件的细节，在这种情况下，这些事件被认为是非常有用的。

闪电参数在研究和工程应用的不同领域中是令人感兴趣的，例如空中车辆，建筑和石油工业工程，电力网络部件和风力涡轮机。每个应用的防雷保护遵循特定的标准。以前的CIGRETB 63 [39]，TB 118 [53]，TB 172 [54]，TB 360 [55]，TB 287 [56]，TB 441 [57]以及其他工作（例如WG C4.408低压网络的防雷保护，WG C4.409风力发电机叶片的防雷保护，WG C4.410超高结构的防雷击特性，WG C4.23 Esti-mating的程序指南传输线的闪电性能，C4.4评估EHV和特高压直流和交流传输线的闪电屏蔽分析方法。

在传输线的情况下，例如，保护主要基于使用屏蔽线（或架空地线）和选择性地使用避雷器。一些特殊的方法也已成功地用于提高雷电性能[23]。接地系统通常对保护装置的有效性有很大的影响。在IEC 62305系列中，这些参数是开发的结构，生命体和电气和电子系统防雷保护标准的基础。

有效的屏蔽线保护的特征在于屏蔽故障和反向闪络的概率很低。 CIGRE文件[39]和IEEE标准[18,23]都提出了这些概率估计的建模和程序。

总结

本文在马来西亚展示了闪电的严重性，并总结了电力工程计算中需要的一些基本闪电参数，以及相关的标准参考文献和最近关于该主题的文献。 参考关于所获得的参数的若干工程应用，例如，在标准系列IEC 62305和若干IEEE标准中的这些参数的使用主要基于由Berger等人的直接测量。 在瑞士。 同时，最近的直流电测量来自奥地利，德国，俄罗斯，加拿大和巴西的仪表塔，以及火箭触发的雷电。 此外，现代LLS报告从测量的电磁场峰值估计的峰值电流，这可以导致现有研究和技术的许多改进。 同时，也可以探索闪电研究的新视角。

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