所以国际上习惯于把流经波阻抗为零（或接近于零）的被击物体的电流称为“雷电流”。
从其定义可以看出，雷电流i的幅值恰好等于沿通道Z0传来的流动电流波i0的幅值的两倍。
雷电放电有单通道放电，如图1-4所示，和多通道，如图1-5所示，先导放电是不规则的树枝状（如图1-4所示），但它还是具有分布参数的特征，作为粗略估计一般假设它是一个具有均匀电感、电容等分布参数的导电通道，即可以假设其波阻抗是均匀的。
图1-4单通道雷电放电过程（用彩色）
图1-5多通道雷电放电
雷电放电涉及气象、地貌等自然条件，随机性很大，关于雷电特性的诸参数因此具有统计的性质，需要通过大量实测才能确定，防雷保护设计的依据即来源于这些实测数据。
在防雷设计中，最关心的是雷电流波形、幅值分布及落雷密度等参数。
1.1.3雷电流幅值和波形
（1）幅值分布的概率
雷电流是单极性的脉冲波。
对一般地区，我国现行标准推荐雷电流幅值分布的概率如下：
（1-1）
其中，I为雷电流幅值（kA）；P为幅值大于I的雷电流概率。
例如，当雷击时，出现幅值大于50kA雷电流的概率为33%，大于88kA的概率为10%。
该公式是从1025个有效的雷电流观测数据中归纳出来的。
对年雷暴日数小于20的地区（我国除陕南以外的西北地区、内蒙古的部分地区），雷电流幅值较小，P可按下式计算：
（1-2）
（2）波形和极性
虽然雷电流的幅值随各国气象条件相差很大，但各国测得的雷电流波形却是基本一致的。
根据实测统计，雷电流的波头时间大多为1~5µs，平均为2~2.5µs。
我国的防雷规程建议雷电流的波头时间取2.6µs，此时雷电流的平均波头陡度
与幅值成正比，即
kA/s（1-3）
雷电流的波长大多为20~100µs，平均约为50µs，大于50µs的仅占18~30%。
因此，在保护计算中，雷电流的波形可以采用2.6/50µs的双指数波。
在线路防雷设计中，一般可取斜角平顶波头以简化计算，我国规程规定雷电波的波头时间采用2.6µs。
而在特高塔的防雷设计中，为更接近于实际，可取半余弦波头，其表达式为
（1-4）
其中，I为雷电流幅值；ω为角频率。
对半余弦波头，其最大陡度出现在t=τf/2时，其值为平均陡度的π/2倍。
根据国内外的实测统计，75~90%的雷电流是负极性的。
因此电气设备的防雷保护和绝缘配合一般都按负极性雷进行研究。
1.1.4雷暴日和雷暴小时
为了表征不同地区的雷电活动频繁程度，常用年平均雷暴日作为计量单位。
雷暴日是一年中有雷电的天数，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。
我国各地雷暴日的多少和纬度及距海洋的远近有关。
海南岛及广东的雷州半岛雷电活动频繁而强烈，平均年雷暴日高达100~133。
北回归线（北纬23.5）以南一般在80以上（但台湾省只有30左右），北纬23.5到长江一带约为40~80，长江以北大部地区（包括东北）多在20~40，西北多在20以下。
西藏沿雅鲁藏布江一带约达50~80。
我国把年平均雷暴日不超过15的叫少雷区，超过40的叫多雷区，超过90的叫强雷区。
在防雷设计中，要根据雷暴日的多少因地制宜。
雷暴小时是一年中有雷暴的小时数，在一小时内只要听到雷声就算一个雷电小时。
据统计，我国大部分地区雷暴小时与雷暴日之比约为3。
我国规程建议采用雷暴日作为计算单位。
1.1.5地面落雷密度和输电线路落雷次数
雷暴日和雷暴小时中，包含了雷云之间的放电，而防雷实际中关心的是云—地之间的放电。
地面落雷密度表征了雷云对地放电的频繁程度，其定义为每平方公里每雷暴日的对地落雷次数，用γ表示。
世界各国根据各自的具体情况，γ的取值不同。
根据我国标准规定，对雷暴日T=40的地区，γ=0.07次/平方公里雷暴日。
输电线路的存在，改变了雷云—地之间的电场分布，有引雷作用。
根据模拟试验及运行经验，线路每侧的引雷宽度为2h（h为避雷线的平均高度，m）。
因此，对雷暴日T=40地区，避雷线或导线平均高度为h的线路，每100km每年雷击的次数
次（1-5）
其中，b为两根避雷线之间的距离，m。
1.1.6雷电冲击电压作用下气体的击穿
由雷电造成冲击电压的幅值高、陡度大、作用时间极短，在冲击电压作用下空气间隙的击穿特性有着许多新的特点，并且雷电冲击电压与操作冲击电压下的特性也有很大不同。
下面我们讨论在雷电冲击电压下空气间隙的击穿特性。
一、雷电冲击电压标准波形
图1-6标准雷电冲击电压波形
为了检验绝缘耐受冲击电压的能力，在高压试验室中利用冲击电压发生器产生冲击电压，以模拟雷闪放电引起的过电压。
过去，各国、各地不同的实验室用各自产生的冲击电压进行试验，因为波形不同，击穿电压也不同，所得结果无法互相比较。
为使实验结果具有可比性和实用价值，国际电工委员会（IEC）规定了雷电冲击电压的标准波形参数。
标准波形是根据大量实测到的雷电冲击电压波形制订的。
如图1-6所示。
雷电冲击电压是非周期性指数衰减波，波形由波头时间和波尾时间加以确定。
由于波形的原点较为模糊，波峰附件较为平缓，因此波形的原点和波峰的位置不易确定，为此取幅值的0.3倍和0.9倍两点连成直线，这条直线与横坐标的交点定义为视在原点，这条直线的延长线与幅值的交点定义为波峰点，从视在原点到波峰点的时间定义为视在波头时间，从视在原点到幅值的一半所对于的点定义为视在波尾时间。
IEC规定：
视在波头时间T1=1.2μs，容许偏差±30%；视在波尾时间T2=50μs，容许偏差±20%；通常表示为
1.2/50μs波，±符号表示波的极性。
我国国家标准规定的波形参数与IEC相同。
二、放电时延
雷电冲击电压是变化速度很快、作用时间很短的波，其有效作用时间是以微秒计的。
实验表明：
对空气间隙施加冲击电压，要使间隙击穿不仅需要足够幅值的电压，有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子，而且需要电压作用一定的时间让放电得以发展以至击穿。
设对间隙施加冲击电压，当经过时间
t1后，电压升高到持续作用电压下的击穿电压Us（称为静态击穿电压）时，间隙并不立即击穿，而需要经过一定时间间隔tlag，才能击穿。
因这时间隙中可能尚未出现有效电子，间隙中受到外界因素的作用出现自由电子需要一定时间，从t1开始到间隙中出现第一个有效电子所需的时间ts称为统计时延，这一电子的出现的所需时间是具有统计性的。
从有效电子出现时刻起到产生电子崩、形成流注和发展到主放电，乃至间隙击穿完成所需的时间tf称为放电形成时延，它同样具有统计性。
所以，冲击放电所需的全部时间为
（1-6）
式中，
称为放电时延，记为tlag，它是统计时延和放电形成时延的总和。
图1-7冲击放电时间的组成
研究表明：
短间隙（几厘米内）中，特别是电场较均匀时，间隙中的电场到处都很强，放电发展速度快，放电形成时延短，此时ts>>tf，这种情况下tlag主要决定于ts。
为了减小ts，一方面可提高外施电压使气隙中出现有效电子的概率增加，另一方面可采用人工光源照射，使阴极释放出更多电子。
如用较小的球隙测冲击电压通常采取照射措施就是一例。
在较长间隙中，电场不均匀，局部场强高，出现有效电子的概率增加，统计时延短，放电时延往往主要决定于
tf，且电场越不均匀tf越长。
三、雷电50%冲击击穿电压（U50%）
在持续电压作用下，当气体状态不变时，间隙距离一定，击穿电压就具有确定的数值，当间隙上所加电压达到击穿电压时，间隙就被击穿。
在冲击电压作用下，保持冲击电压波形不变，逐渐提高冲击电压的幅值，在幅值很低时，虽然多次重复施加冲击电压，但间隙均不击穿；随着幅值增高，间隙有时击穿而有时不击穿，这是因为随着外加电压的升高，放电时延缩短；当电压幅值增加到某一定值时，由于放电时延有分散性，对于较短的放电时延，击穿已有可能发生，而较长的放电时延，击穿则不发生。
也就是说，在多次施加同一电压值时，有时击穿，有时不击穿；随着电压幅值继续升高，间隙击穿的百分比越来越增加；最后，当电压超过某一值后，间隙百分之百击穿。
由于冲击电压作用下放电有分散性，所以很难准确得到一个使间隙击穿的最低电压值，因此工程上采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述间隙的冲击击穿特性，即在多次施加同一电压时，用间隙击穿概率为50％的电压值来反映间隙的耐受冲击电压的特性。
图1-8“棒-棒”和“棒-板”长空气间隙的雷电50%冲击击穿电压和极间距离的关系
1-正极性“棒-板”；2-正极性“棒-棒”；3-负极性“棒-棒”；4-负极性“棒-板”；
采用50%冲击击穿电压决定绝缘距离时，应根据击穿电压分散性的大小，留有一定的裕度。
在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿电压分散性小，其U50%和静态击穿电压Us相差不大，因此冲击系数β（U50%与Us之比）接近1。
而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数β均大于1，击穿电压分散性也大一些，其标准偏差可取±3%。
实验表明：
“棒-棒”和“棒-板”在间隙距离不很大时（几百厘米内）的冲击击穿特性有极性效应，气隙距离较大时同样存在极性效应，图1-8给出了“棒-棒”和“棒-板”长空气间隙的雷电50%冲击击穿电压和极间距离的关系，可以看出：
“棒-板”气隙有明显的极性效应，“棒-棒”气隙也有极性效应。
四、伏秒特性
由于雷电冲击电压持续时间短，间隙的击穿存在放电时延现象，所以仅靠U50%冲击击穿电压来表征间隙击穿特性是不够的，还必须将击穿电压值与放电时间联系起来确定间隙的击穿特性，也就是伏秒特性，它是表征气隙击穿特性的另一种方法。
图1-9表示通过实验绘制气隙伏秒特性的方法，其步骤是保持间隙距离不变、保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。
注意到当电压不很高时击穿一般在波尾时间发生，当电压很高时，击穿百分比将达100%，放电时间大大缩短，击穿可能在波头时间发生。
以图1-9三个坐标点为例说明绘制方法：
击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值（图中2、3坐标点）；击穿发生在波尾时，U取波峰值，t取击穿时对应值（图中1坐标点）；将1、2、3各点连接起来，即可得到伏秒特性曲线。
图1-9气隙伏秒特性曲线的绘制方法（虚线表示原始冲击电压波形）
图1-10伏秒特性带与50%伏秒特性
1-上包线，2-50%伏秒特性，3-下包线，4-U50%
间隙的伏秒特性曲线的形状与间隙中的电场分布有关。
在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿时平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线平坦；在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为陡峭。
实际上，放电时间有分散性，即在每级电压下可测得不同的放电时间，所以伏秒特性是如图1-10所示的以上、下包线为界的带状区域。
工程上为方便起见，通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线表征气隙的冲击击穿特性，在绝缘配合中伏秒特性具有重要意义。
图1-11表示被保护设备绝缘的伏秒特性1与保护间隙的伏秒特性2配合的情况，这种配合可达到完全保护，因为伏秒特性1的下包线时时都在伏秒特性2的上包线之上，即任何情况下保护间隙都会先动作从而保护了电气设备的绝缘。
为了节约被保护设备的绝缘造价，应使伏秒特性1与伏秒特性2的间隔不致过大，要求保护间隙2的伏秒特性低而平坦。
用伏秒特性表征气隙的冲击击穿特性较为全面和准确，但其制作相当费时。
在某些情况下，只用某一特定的，如50%冲击击穿电压值就够了。
图1-11伏秒特性的正确配合
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