闪电直径有多少？真的是五米吗？ 第1页

先说声明：尽管我见过闪电的次数无以计数，但对闪电的具体参数，例如它的温度、直径、压强和形态，几乎是一片空白。

记得很早以前，当美国旅行者飞船抵达木星和天王星时，发现了闪电。据报道，木星的闪电规模参数：闪电的长度在60千米到120千米，闪电电弧直径为20厘米。文章中对比了地球上的闪电，其参数是：闪电长度是10到20千米，闪电电弧直径为数厘米。

这些参数给我留下很深的印象。

下图是度娘上的闪电图片：

为何闪电电弧看起来很粗？这只是假象而已。因为漆黑的夜空中充满水汽，电弧闪光突然照亮了周围空间，使得闪电电弧似乎很粗，再加上视觉暂留现象，给人产生了闪电电弧直径很粗的假象。

我曾经仔细看过闪电，我发现在每一道闪电电弧的中心，存在一道很细的高亮区。这道高亮区域的宽度应当就是闪电电弧的直径了。

我比较熟悉的是开关电器的电弧，我们不妨来做个对比。

1）开关电弧的温度：电弧弧柱区的温度一般在6000K以上，甚至可达20000K。

2）开关电弧的直径与弧温有关，与气体介质种类有关，与气压有关，与弧隙长度有关，与流经的电流大小更是直接相关。

对于铜电极，当弧长为2厘米、电流在2~20A时，开关电弧的直径经验公式是：

这里的dh是电弧直径，单位是厘米；Ih是电弧电流，单位是A。

我们不妨计算一下：

。

当铜电极之间出现在大气中横向运动的开关电弧时，若横向运动速度是20到50m/s，电流为50到1000A时，电弧直径经验公式是：

这里的n是系数，其值大约是0.6~0.7之间。

我们不妨再来计算一下：若设电流为1000A，n取值为0.65，代入上式，得到：

这种铜电极电弧与自然界的闪电电弧当然无法相比，有关的电弧直径计算公式也不一样，不能套用。

不管是哪种电弧，电弧一旦生成，它的表面会散热，并且直径越大，散热越强烈。因此，电弧的直径大小代表着电弧能量的高低，是电弧强度的代表参数；电弧具有热惯性，因此它对电流的变化具有一定的限流能力；电弧的发热和散热会达到一定的平衡。若参数改变，则电弧的电压、直径和温度等参数也会改变，然后维持在一个新的平衡条件下。

特别重要的是：电弧温度越高，它的电阻就越小。因此，电弧具有负阻特性，它的伏安特性曲线随着电流增加电压反而降低。

我手上有一本很好的书，书名是：《气象学与生活》，是美国的Frederick K.Lutgens著，陈星翻译。我手上的这本书是原书第12版。因为我正在写一本有关电气知识的科普书，出版社专门把此书寄给我供参考。

我们来看其中的摘录：

这些摘录出现在此书的第233页。

由我圈起来的部分可以看到，题主的问题基本上得到解答。原来，闪电电弧的直径不过20厘米。

我很欣赏这本书。若这本书让我来写，可能会出现大段落的公式，甚至还有各种推导。但这样一来，书的可读性就降低了。写书，真的是一件十分伤脑筋的活。

若知友们对气象感兴趣，我十分推荐大家来阅读此书。

另外，有时我们看到没有电弧的闪电，天际只是闪亮一下，也听不见雷声，这叫做辉光放电。辉光放电与弧光放电相比，前者没有明确的边界，后者的界限分明；前者没有放电声音，后者则霹雳震耳。

所以题主谈及的大气放电若是指辉光放电，则直径恐怕有数百米，甚至上千米了。

典型代表就是日光灯管，管内就是辉光放电，注意到放电是充满整个管内空间的。

=======

突然想到一个问题。

有次大家谈及避雷器的参数，一位同事说避雷器的绝缘性能良好，所以能避雷，这个讲法对吗？

须知，雷电云产生的雷电电压能将十几千米的空气击穿，区区避雷器，绝缘性能就能强过十几千米的空气？

不知知友们的看法如何？

看了评论区的评论，发现知友们对这个问题的回答各种各样。我来回答一下吧。

建筑物中划分了不同的避雷区，分别叫做LPZ0、LPZ1、LPZ2、……，等等，越往后级别越低。

我们来看看防雷区的定义是什么。在我写的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》中，第1.7节有如下内容：

建筑物遭受雷击是一种常见现象，雷击会给人身和电气设备带来极大的伤害和破坏，所以需要对雷击予以必要的防护。

根据被保护空间可能遭受雷击的严重程度及被保护系统（设备）所要求的电磁环境，将被保护空间划分为若干不同的防雷区域，即LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2、LPZ3、……

（1）LPZ0A

LPZ0A指本区内各个物体都可能遭受直接雷击，因此各物体都可能导走全部雷电流，同时本区内的电磁场没有衰减。例如屋顶的避雷针就属于LPZ0A区域。

（2）LPZ0B

LPZ0B指本区内各个物体不可能遭受直接雷击，但本区内的电磁场没有衰减。例如避雷针屋顶避雷针附件的避雷带区域。

（3）LPZ1

LPZ1指本区内各个物体不可能遭受直接雷击，且流经各个导体的电流比LPZ0B区域进一步减小。同时，本区内的电磁场可能衰减。例如建筑物内部就是LPZ1区域。LPZ1区域与LPZ0B区域的交界面是建筑物的墙体和屋面。由于建筑物构件中的钢筋分流作用，使得LPZ0B区域和LPZ1区域内的电磁环境有很大区别。

（4）随后的防雷区LPZ2、 LPZ3、……

随后的防雷区LPZ2、 LPZ3、……中需要进一步减小所引导的雷电电流和电磁场。一般地，LPZ2指的是电气设备的外壳，而LPZ3指的是电气设备外壳内部空间区域。

弄明白防雷区的分区后，就很容易理解避雷器与SPD浪涌抑制器的区别了。

我们看下图：

此图也摘自我写的书。

我们看到，在低压配电网中同一个电压等级下电气设备的冲击电压耐受值不尽相同。原则是：

A）常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。

B）电涌保护器的电压保护水平应与被保护设备的冲击耐压水平相配合。

C）在两个防雷区的交接面处，应设置相应级别的电涌保护器。在LPZ0区和LPZ1区的界面D）在同一级防雷区中，考虑到雷电过电压的行波过程，要设置一处或多处电涌保护。

我们看看LPZ0的避雷针

防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体。接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。

我们看下图：

以避雷针作为接闪器的防雷电原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到避雷效果。

实际上，避雷针是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。

如果雷电侵入了低压配电网，此时避雷针已经毫无用处了。这时就要利用各种SPD电涌保护器来防护。

电涌保护器（surge protective device,SPD）是用于带动系统中限制瞬态过电压并且泄放电涌电流的一种非线性保护器件。电涌保护器又被简称为SPD，它能够保护电气和电子系统免遭雷电或者操作过电压及涌流的损害。

SPD专用于低压配电系统和电子信息系统，按所使用的非线性元件特性，电涌保护器分为三类，分别是：电压开关型SPD、限压型SPD和混合型SPD。此三类SPD的区别此处就不介绍了，知友们自己去查询相关资料。

现在我们应当明白了：如果说避雷针是主动把雷电引到地下，则SPD则是间接地防雷。当系统正常时，SPD的等效电阻很大；当出现雷电过电压时，SPD的等效电阻很小，并由此把雷电电流引入到地网，从而间接地保护线路。

不过，当SPD被击穿时，有可能引起电源短路。因此，SPD的前方会有熔断器或者断路器来保护，其目的就在于此。