洋避雷针比普通避雷针更好吗 避雷针大讨论

洋避雷针比普通避雷针更好吗？ 避雷针大讨论 目前在我国防雷产品市场上销售的各式各样的洋避雷针在功能上并不比普通避雷针有任何优点，相反与普通避雷针一样，具有引雷导致强烈电磁幅射干扰的缺点。这些洋避雷针及其所起草的技术标准为国际学术界完全拒绝。 1、 前言 近二十年来，在我国的防雷产品市场上，充斥着大量的洋避雷针。从上世纪早期的放射源避雷针，到八十年代的法国依丽达（Helita）公司的Pulsar大气高脉冲电压避雷针（Atmospheric high pulse voltage lightning conductor），到九十年代的富兰克林避雷针（Franklin conductor）、圣埃尔摩避雷针（Saint Elmo lightning conductor），到现在的各种型号的提前放电避雷针，如拓海通用（TOHI）的易敌雷（Indelec）（E.S.E）主动式提前放电避雷针，杜尔梅森的卫星（Satelit）提前放电避雷针，最近又有一家西班牙Ingesco公司的PDC系列主动式早期放电避雷针，等等。我国一下子成为法国，还有西班牙，也可能还有别的什么国家的洋避雷针的大展台和大市场。这些五花八门的洋避雷针，虽然结构和外形各式各样，但奇怪的是其厂家都热衷于声称自已的洋避雷针具有“提前放电”，或“主动式放电”，或“早期放电”的优越性能，它们都满足法国的国家防雷标准NF C 17-102，也都具有完全相同的保护半径计算公式。 可是，究竟这些洋避雷针是些什么货色呢？它真的如其宣传所说，比普通避雷针有很大的优点吗？在我们仔细研究了它们提供的宣传资料之后，就可发现，原来它们的作用，与一根普通金属避雷针并没有什么两样！ 2、 普通避雷针的防雷性能和缺点 避雷针是Franklin于1753年发明的。它就是一根简单的安装在高层建筑物上的金属针，称为接闪器，再加上引下线和接地极，就成为一套完整的防护直击雷的装置。200多年来避雷针有效地保护了各种建筑物和工业设施，减少了雷害事故的发生和伤害事故，为人类作出了巨大的贡献。 避雷针的防雷原理就在于它能接闪雷电流，并顺利地将其引导进入大地，而保护它下面的或它周围的建筑物不受雷击。避雷针泄放雷电流时，在其周围将产生强烈的电磁幅射干扰。在以前，或者说对于普通的建筑物，机器，或人类，这种电磁幅射不会带来显著的危害。因此人们以前对它的这个缺点也不在意。 可是到了现代社会的今天，计算机和其它精密仪器设备在各行各业的大量应用，情况就不同了。在这些精密仪器设备中，存在大量的微电子器件，特别是计算机芯片。在这些芯片中，集成着大量的微小的电子元件，它们很小，它们之间的绝缘也十分微弱。它们工作在几伏的低电压下。避雷针引导雷电流产生的强烈电磁幅射将在这些电子器件的回路中感应生成过电压，这种过电压将有极大的可能性击穿集成电路芯片中元件之间的绝缘，摧毁这些芯片，造成对这些精密仪器设备的不可弥补的损坏。因此，到了现代社会的今天，避雷针的这个缺点就突现出来并越来越为人们所重视。 3、 洋避雷针与普通避雷针的比较 洋避雷针与普通避雷针一样，要接闪，要引雷。那在引雷之后，在雷电流来临时，它还是不可避免地会产生强烈的电磁幅射干扰。照样要危及计算机等各种精密弱电设备的安全。在这一点上，它们具有与普通避雷针一样的缺点，而不会比普通避雷针有任何优点。 4、 洋避雷针的“提前放电”是怎么一回事 洋避雷针的制造人声称，它们的洋避雷针的优点主要有两个，一是它可以“主动放电”，或“提前放电”，或“早期放电”。即是说，他们的洋避雷针比普通避雷针具有更好的引雷性能。二是将它的提前放电时间换算成提前放电距离后，相当于增加了避雷针的高度，从而可以增大保护半径。 那就让我们以“易敌雷”防雷器为例从原理、试验室试验和大气观测三方面来分析其厂家提供的易敌雷(INDELEC) 产品设计原理（以下简称设计原理）中的问题，看看它是怎样欺骗用户的。 41关于吸收和储存大气电场能量 设计原理第3.3.3节“易敌雷研究的理论基础及原理描述”中这样写道： “当风暴降临时，装置通过底部电极吸收大气电场中能量并储存于其内部的电子线路，当电荷充电到一定程度时，通过其上部电极放电，在其尖端周围形成强的云层电荷相反的离子层。易敌雷的这种强的电离放电产生向上的发射的提前先导。” 需要指出，大气静电场的能量密度是很低的。例如，在雷击即将发生前的电场强度40kV/m时，空间大气电场的能量密度仅为410-9焦尔/cm3。我们知道，一个金属物体放入静电场中时，将使原有的电场畸变。并且，由于金属的导电性和表面的等位性，在金属体内的电场强度恒等于零。要想借助“易敌雷”的底部电极，在被动的没有外力做功的条件下，吸收大气静电场的能量并将其储存起来，积累到所需要的数量，并不断地利用这个能量产生火花放电，从原理上说，是不成立的，不可能的。如果我们能设计出一种机械，或一种电子线路，在外力不做功的条件下，吸收静电场能量并将其浓缩和储存起来，用于实际，那无异于制造了一台永动机。致于要借助这个储存的能量，产生向上先导，更是无稽之谈。 设计原理还说： “当其电子装置中的充电电场梯度，即dv（电场变化量）/dt（时间间隔）达到某一定比率时，电离放电并形成向上先导，引雷是有条件的，在dv/dt达到某个确定比例才发生，此时的电场强度达到400-500kV/m。” 在这里，设计原理将dv/dt说成是电场梯度，这是概念上的或本质上的错误。dv/dt不是电场梯度，而是电压随时间的变化率，它不是能量，不能“充电”入某个电子装置。 设计原理说的引雷时的条件是“电场强度达到400500kV/m”。试问，是哪里的电场达到这个值？需要指出，空间电场强度远未达到这个数值之前，雷电放电就形成了。“易敌雷”要等到这个电场强度到达时再动作，能行吗？设计原理缺乏起码的大气放电知识。 42关于抡先时间的试验 设计原理定义的“启动抡先时间DT”为： DT=TSR-TESE TSR与TESE 分别为普通避雷针和“易敌雷”防雷器的“上行先导电荷连续传播的平均时间”。在这里，设计原理所要说的是“易敌雷”防雷器比普通避雷针的“上行先导电荷连续传播的平均时间”短，这个短的时间差就是所谓的“抡先时间”。 这里设计原理所用的术语多么别扭，不仅一般的用户看不懂，就是专业人员也感到纳闷和新奇。直到阅读了它的全部试验资料才知，其实，所谓“上行先导电荷连续传播时间”， 用专业术语说，就是冲击放电的击穿时间(time to breakdown)。 设计原理定义的“启动抡先时间DT”为： DT=TSR-TESE TSR与TESE 分别为普通避雷针和“易敌雷”防雷器的“上行先导电荷连续传播的平均时间”。在这里，设计原理所要说的是“易敌雷”防雷器比普通避雷针的“上行先导电荷连续传播的平均时间”短，这个短的时间差就是所谓的“抡先时间”。 这里设计原理所用的术语多么别扭，不仅一般的用户看不懂，就是专业人员也感到纳闷和新奇。直到阅读了它的全部试验资料才知，其实，所谓“上行先导电荷连续传播时间”， 用专业术语说，就是冲击放电的击穿时间(time to breakdown)。 那让我们进一步分析“易敌雷”厂家的有关“先导抡先时间”的试验中的问题吧。 421先导和流柱的混淆 设计原理4.1.2节“在实验室对INDELEC产品进行DT测试”中对试验是这样描述的：防雷器与避雷针的安装高度为1米，电极板的高度为2.05米。那么试验（放电）间隙的大小仅为1.05米。从高电压的专业知识来说，1米间隙的冲击放电是属于流柱(streamer)放电的范畴，还不足以产生先导(leader)放电。那又谈什么先导抡先和先导抡先时间呢？以这样的装置来模拟大气中的放电，相差太远了，根本得不到正确的结论。 其实，“易敌雷”防雷器的英文名称“Prevectron early streamer emission air terminals”，直译为“Prevectron早期流柱放电空气终端”。所谓“空气终端”就是接闪器或避雷针的类似称呼。到了我们中国，不仅将防雷器冠以“易敌雷”这种具有实际意义的名字，而且将“流柱”变成了“先导”。须知“流柱”和“先导”是表征完全不同的两种放电，或放电的两个不同阶段，其概念是不同的。设计原理在这里故意蒙混用户。 422冲击放电的伏秒特性 从高电压的专业知识来说，表征冲击放电击穿时间与放电电压的关系的伏秒特性不仅取决于放电间隙的长短、电极形状和布置等因素，还决定于所加电压的极性、波形和幅值。在间隙距离和电压参数相同的条件下，电极越尖，电场越不均匀，击穿时间越小。实际大气雷云与防雷器之间的间隙以1000米数量级计，雷云的尺寸也是以1000米计。在这种情况下，“易敌雷”与普通避雷针在电极形状特征和结构上的差异相对于大气电场和雷云尺寸来说将不存在。因为在大气电场的超长间隙的情况下，它们都属于极不均匀电场，其伏秒特性，即击穿时间将趋于接近，根本谈不上有什么放电时间的抡先。 423电压波形和幅值对击穿时间的影响 为了获得伏秒特性上的差异，从而得到想要的“抡先时间”，“易敌雷”的试验者选取了不同于雷电冲击波波形的操作（过电压）冲击电压波形，其波头时间为325mS（标准雷电冲击电压波为1.2/50mS）。所试电压幅值为900kV，此电压比1米间隙的放电电压大得多。此电压是以什么标准确定的也不得而知。需要指出，要想得到多少“抡先时间”都可。只要改变所试电压的波形和幅值就能办到。“易敌雷”厂家有意地和人为地“试验”出了所需要的数量级为几十微秒的“抡先时间”，以此标榜“易敌雷”比普通避雷针的优点，实际上毫无科学意义。 4 3“易敌雷”的保护半径 “易敌雷”保护半径的计算公式是根据雷击的电气几何图形计算的。不过与众不同的是，这里考虑了所谓上行先导的抡先距离DL， DL=VDT，V为先导的传播速度 ，保护半径RP为： 这个公式中的第一项，与我国的建筑物防雷设计规范GB5005794的计算公式一样。公式中的第二项，DL(2D+DL)，则是“易敌雷”防雷器所特有的，是源于所谓上行先导的抡先距离，使保护范围增大。前已讨论过了，先导的抡先时间，完全靠人为的试验得到，要多大有多大。以此得到的保护范围的增大又有何实际的意义？ 需要指出，按滚球法计算保护范围时当避雷针的高度达到一定程度以后，再增加高度并不会增大保护半径。 4 4“易敌雷”缺乏实际的运行统计资料和大气观测数据 “易敌雷”防雷器的运行实效如何？有无大气观测数据？不得而知。特别是它在法国本土的推广和运行情况，没有任何介绍。 在“易敌雷”的资料附录中笔者看到了一份美国佛罗里达Camp Blanding 真实雷击实验报告。但并没有找到“易敌雷”与普通避雷针的任何对比性试验资料，也没有找到测量和记录到的任何有价值的数据，因此没有任何证明“易敌雷”防雷器的性能会比避雷针更好的内容。 需要指出的是，此报告明确注明，“按试验合同的条款，在CEA（法国原子能协会）以外引用此报告中的任何内容都是被严格限制的”。这进一步表明这个报告是没有实际的参考价值的。但到了咱们中国，这些对“易敌雷”不利的注明都不存在了。 45西班牙避雷针的笑话 笔者愿意再写几句话，让读者享受一下西班牙INGESCOR 的“主动式早期放电避雷针”的彩色宣传资料中的笑话。虽然这种避雷针在结构上与“易敌雷”没有任何相似之处，但它的厂家仍然宣传它具有“主动早期放电”功能，并满足“国际标准NF C17-102”。这里厂家玩了一个天大的骗术，因为NF C17-102只是法国起草而未获得国际学术界批准和任何国家认可的标准，却被西班牙推崇为“国际标准”。 在其宣传资料中，有这么一段话：“每当雷闪发生前，电场强度会迅速增大，激发器与反射器之间的电位差基本上就相当于雷云与大地之间的电位差。”从图上看，这种防雷器的激发器与反射器之间的距离只不过几毫米，它有什么功能能产生并承受“相当于雷云与大地之间的电位差”？众所周知，在雷暴前雷云与大地之间的电位差有几千千伏或更高，它那小小的几毫米间隙能承受这个电位差吗？这么大的电位差又是如何产生出来的呢？真是吹牛吹漏了底。 还有，在它的保护区域计算方法中，其保护半径公式是完全照抄“易敌雷”的保护半径公式，但因水平太差，公式也给抄错了两处。 真可怜，要想来我们中国赚钱，又没有多少本事。更可惜的是咱们中国，还居然给予这些人把钱给赚走了。 5、 国际学术界对洋避雷针的评价 国际学术界对以法国为首的洋避雷针，和其提出的相应标准草案持完全否定的态度。17位属于ICLP（International Conference on Lightning Protection，国际防雷保护会议）的科学委员会成员的科学家，签发了一个联合声明，反对ESE避雷针技术。这些科学家代表了15个国家，包括美国、日本、英国、和12个大陆欧洲国家。请读者参考笔者译全世界反对ESE 避雷针一文，这里就不再赘述。 6、 结论 目前在我国防雷产品市场上销售的各式各样的洋避雷针，除了外观上加工得比较美观、新奇以外，在防雷功能上比较普通避雷针没有任何优点，相反它们与普通避雷针一样，在接闪引导雷电流后，会产生强烈的电磁幅射干扰，对以大规模集成电路芯片为核心的精密仪器设备具有极大的危害性。 在相同接地网（极）和引下线的情况下，一根等高的普通金属针作接闪器与一支昂贵的洋避雷针作接闪器可以得到同样的保护效果和保护半径。 质疑ERICO系统3000避雷针 我们知道，雷云云底一般带负电，因为静电感应使地表面和地面物体表面带上正电。云底和地面相当于一只电容器，介质就是空气。当云底与地面物体之间的电场强度达到击穿空气介质而产生猛烈的放电现象就称直击雷。地面物体的高度越高，相当于空气介质越薄，所以高耸的物体易遭雷击。雷击地面某物体与云底和物体的距离成反比，与两者之间的电场强度成正比。传统避雷针就是利用其架设高度较高和尖端放电原理达到优先接闪安全引雷入地来避雷的。 系统3000避雷针象传统避雷针一样也是无源器件，它们都只能被动的依靠雷云电场的静电感应建立起与雷云云底相反的静电电场，因为尖端放电原理使针尖的电场强度比其它地方更高。显然，系统3000避雷针并不能感应出比传统避雷针更高的电场强度来优先接闪，那么它有什么先进性可言呢。 推出系统3000避雷针的基础理论叫做“收集容积法”，此法实际就是传统避雷针避雷原理的另一种说法。当雷云来临的时候，建筑物上的所有的有特色的点（角落、边缘）会因为尖端放电原理，产生比其它地方更高的感应电场参与竞争。然而根据滚球法确定的在避雷针的保护范围内，避雷针尖距云底最近，电介质最薄，产生的感应电场强度比所有的有特色的点更高，当然会比所有的有特色的点优先接闪。滚球半径不就是该文的吸引半径吗？以针尖为圆心的滚球半径内不就是“收集容积”吗？在此“收集容积”内并不能证明系统3000避雷针比传统避雷针能产生更高的电场强度来收集异性电荷，那它最多只相当于一根传统避雷针。 某媒体曾介绍系统3000避雷针配套的ERICO专用引下导体，每米的电感量非常小（37nH/m），与普通避雷针引下线（1.51.55H/m）相比小了一个数量级，减小了引下线上雷电压的侧击危险。根据电工原理，电感量LL/i（N2/2R）S，由于引下线基本上就是一根长直导线，导磁系数为空气的导磁系数0，因此它的电感量只与它的形状和长度有关。该文中介绍的不是也不可能利用线绕无感电阻制造技术来生产引下线，那么到底是采用什么新技术来减小电感量的呢？文中没有介绍。其实也无此必要。雷电流大雷击电磁脉冲的危害也大，人们不是还在寻求在避雷针上减小泄放雷电流的方法吗？引下线上雷电流大或雷电压高所产生的危害都可以采取别的措施来克服。防雷工程是一个系统工程，不是某一种方法就能解决的。 、“消雷”（LE）的一般信息及理论 支持者的主要论点是消雷装置（LES）（近来改称为“电荷转移装置”CTS）可提供一些条件，在这些条件下闪电要么不产生了，要么不会击中被保护建筑物，这与常规防雷法是拦截逼近的闪电并将其无害地引入大地相反。LES由一组或多组提高的尖端构成，常常与有刺金属丝相似，它们被安装在被保护物上或其附近。它们与常规防雷装置一样要用引下线连接地体。它们的支持者说这种消雷装置的尖端的电晕放电所产生的电荷可以：（1）使上面的雷云放电，而消除任何闪电的发生（这就是为什么有时这种装置被称为消雷装置（DAS）的原因）（2）阻止下行先导与消雷装置被保护建筑物相连接。因为靠它能使消雷装置附近的电场降低，从而抑制了上行先导的产生。 按照Mller-Hillebremd（1962a）和Golde(1977),关于用多尖端电晕放电来“静悄悄”地使雷云放电，并因此防止发生闪电的这种想法其实早在1754 年由捷克科学家Prokop Divisch 就提出过。他还做了一个“气象机”，上面有200 多个尖端，安装在一7.4m 高的木框结构上；另外早在1751 年弗兰克林在他的小规模室内实验基础上，已建议尖端物体的令人惊奇的效应可能减少或消除闪电的危害效应（Cohen,1990）。Hugheo(1977)提到了，多尖端装置的专利曾在1930 年发给洛杉矶的J.M.Cage。这个专利叙述了在一铁塔上悬挂多根带尖端的导线以保护石油贮罐免遭雷击。1971年以来，类似的装置，一般称之为消散阵列装置（DAS）或电荷转移装置（CTS）作为商品出现在市场上，不过产品名称及厂家名字一直在变（Canpenter 1977；Canpenter 和Auer 1995）。大多数的LES 原本是设计用于高通讯塔的防雷，不过近来已被用于包括变电站、电力线和机场等广泛范围装置的防雷。 Canpenter 和Auer(1995)对于市场上一主要厂商的DAS 的工作原理提 出了他们的的观点。这种阵列的示意可见图3 ，由下列部件组成： 1）一个有几百个尖端构成的“电离器”； 2）一个“地电流（或电荷）收集器”，它其实就是一接地装置； 3）导体（图3中称为服务线），把电离器与接地装置连起来。 据称，地电荷收集器用以“中和”地面正电荷，不然的话正电荷会伴随头上的云中负电荷而出现。进一步，又说“成百万被电离的大气分子”从电离器处离开（好像是和地面上“被中和”的正电荷有关）并靠强静电场而流向雷云。由此“在电离器处与雷暴之间产生了一个保护性空间电荷或离子云”。按照Canpenter和Auer(1995)的说法，“有许多人认为空间电荷是第一级防雷模式，还称其另有很像一法拉第屏蔽的作用以提供二级防雷”。不过Canpenter 和Auer(1995)并不支持这些人以定量论点对DAS 工作原理的说明。在一篇与Canpenter 和Auer 文章一起的评述中Zipse指示了树林及草叶也产生电晕放电，它们还常常超过消散阵列，然而它们并没明显地有阻止闪电的作用。关于这一观点，很早就被Zeleny(1934)及Golde(1977)指出过。 Zeleny（1934）观测到“在瑞士一次雷暴中，一整块森林顶端见到闪耀的光辉，它们重复多次并逐渐变强直到被雷击中。”Ette和Utah(1973)，报导了比较高度差不多相同的金属尖端和棕榈树的平均电晕电流值是类似的（见后）。有趣的是，Zipse（2001）说Zipse（1994）原先的结论是“错”的，并称树木的电晕不能产生像CTS那样多的电荷。 Zipse（2001）还说LES可能不会消雷，在这种情况下，它就成了一个常规防雷装置了。 现在我们来估计一下电晕所产生的电荷以及在典型的闪电放电之间电荷云再生时间（10s量级）（按Chanzy和Soula,1987）内，这些电荷可移动多少距离。在没有下行梯级先导时，带电荷的轻离子和吸附在消散阵列尖端附近湿空气中形成的较重的空气微粒离子均在1）云电荷、其他空间电荷及地面和接地物体上电荷的电场及2）风的作用下移动。雷暴云下地面附近的典型电场值很少超过10kV/m，不过在100m高度以上可达50 kV/m。（Chanzy 等1991；Soula和Chanzy 1991）。大气轻离子的迁移率在1050 kV/m 的电场中是1310-4m2V-1s-1(Chanzy 和Rennela 1985；Chanzy和Soula 1999)。较重的离子则要慢两个量级。因此，在DAS场强增强区以上，上移轻离子速度可达15ms-1。水平风速在雷暴时，有每秒几米是常事。这样由电晕电荷形成的轻离子还会水平移动。如果DAS 可发射出足够的电荷，那么在阵列附近的局部电场会因此变小，而距相当于阵列大小尺度这么距离的地方的电场会增强，这一效应的大小取决于电晕电流及风的大小。电晕产生的电荷屏蔽了阵列而减少了产生电晕放电的电场，所以电晕电流有一自我抑制作用。 大多数云地闪的源是云中的负电荷，在温带云中，它们大约处于5km高处,并有几十库仑左右的电荷。在10秒钟的云电荷再生期，阵列发射出的电荷垂直移动了最多150m,如果此时有5m的电荷左右的水平风，它水平移动了50m左右。垂直气流也会有作用（Chalmers,1967,239262）。离子移出阵列后，它们的屏蔽作用也随之减弱。此时，阵列处电场又会增强。电晕在一慢变化雷云电场中，对引发上行闪电先导的作用曾在理论上被Aleksandrov等人（2001）研究过。不过，他们并没考虑一个实际上十分重要（从防雷角度看）的情况，即下行先导临近时的上行先导的引发。如果一个迫近的下行梯级先导产生的快速度变化电场克服了接地物处电晕空间电荷云的屏蔽作用，那么最后的上行连接先导就会从空间电荷云中逃出并拦截住下行先导，这种情况已在前面常规装置中讨论过。按照CTS支持者提交给IEEE的标准草案（IEEE P1576/D2.01 2001），一个12尖端阵列在雷暴下可产生700A的电晕电流。Zipse(2001)则报告了在四组三尖端针装在20m 杆上可产生500A，显然这是在杆近处没闪电时的情况。不清楚是谁及是如何作的这些测量。更重要是的，这些值是平均值还是峰值也不清楚。事实上，从大量尖端上产生的电晕电流取决于这些尖端的间距，因为每个尖端产生的电晕会使其邻近的尖端上的电场变小，而减少其电晕放电（见Chalmers,1967,237262）。因此，许多紧靠着的尖端并不必然地比几根相距较远的尖端产生更多的电晕电流。Ette和Utah(1973),在可能是迄今为止最佳的雷暴下接地物电晕电流的研究中，发现10m高金属尖端的平均电晕电流是0.5A，而13m 和18m 高的棕榈树则产生12A的电流。IEEE P1576/D2.01（2001）声称，适宜的阵列设计应有足够多的电晕尖端，使得阵列可产生与梯级先导一样多的电荷，即在10s内5C。这10s即是上面一节中提到的云电荷再生时间。例如，即使假定一个如IEEE P1576/D2.01（2001）所称的并没合适实验验证的一个10尖端阵可产生约1mA电流，那么在10s 内也有10-2C电荷被流入大气中。要在10s产生5C电荷，需要5000个相互间隔较大的尖端。而按Zipse(2001)，一个典型的阵列有4000个尖端，不过它们一般均紧靠在一起。 在文献中，尚没资料说明测量电晕的结果可向大阵列外推，并且也没有任何证明，可说明一个任何实用尺寸的阵列可在10s内产生几库仑电荷。 Golde(1977)曾建议过，装在高建筑物（一般为高塔）上的DAS将阻止其上行闪电的产生（这种闪电始于建筑物并传向云层的上行先导）。DAS的作用是把原先可能的高建筑物顶上的尖状结构，被弄得不那么尖了。尽管这种建议并不是不合理的，但还没有实际的东西来支持他。上行闪电会从高100m左右（平坦地形）及以上的建筑物上发生，而大多数与高300m及以上的物体有关的闪电是上行闪电（Eriksson 1978,Rakov 和Lutz 1988）,按此，DAS 会无意中减少上行雷的出现概率，对非常高的塔所发生的闪击多半是这种上行雷。上行闪击包含有初始的连续电流和常包含有与正常云地闪电相似的后续雷击（见Uman 1987；Rakov2001）,这就对电子器件有潜在危险。重要的是要注意到对电子器件的危害可以用所谓电涌保护来阻止或变小，这与建筑防雷不是一回事。本文只讨论结构建筑防雷。塔顶电场减少可由上面讨论过的有效曲率半径的变大来达到。其实，不需要用释放空间电荷来提供屏蔽，也并不需要消散掉云电荷。Golde（1977）的观点为Mousa(1998)所展开，他提出上行闪击的被抑制对于300m以上高塔防雷特别有效，而DAS对小建筑物像变电站和输电线塔的受击频率没任何作用。 Mousa(1998)曾对声称运用多尖端产生的电晕放电的DAS进行过研究。Mousa(1998)给出了五个不同厂商生产的六个消散器的图。其中之一，伞形消散器，曾经被Bent和 Llewellyn(1997)描述过，是一个用约300m带刺金属线螺旋状缠在一6m直径的伞框上。沿线，每隔7cm有4个相差90的2cm长的刺。这种消散器，装在了Florida的Merritt岛上一30.5m高塔上。上海台风研究所郭昌明： 近日阅读贵刊2006年第3期，获悉将有关开展“新型避雷针”的讨论，在此谈点意见，供参考。 （1） 防雷涉及安全。因此，不在国家标准内的，并且在没有经过国家严格的鉴定、核准的产品，是不该让其进入市场的。有关部门应负起责任，可惜现在不仅没有履行职责，睁一只眼闭一只眼，还有更甚者，为这类产品开绿灯以至从中获利。 （2） 目前非标准的、或非常规、或“新型”的避雷针，主要有“半导体消雷器”、提前放电避雷针（ESE）、还有贵刊最近讨论的“等离子避雷球”。有的是国外的，有的是有专利，有的是得过“金奖”。但它们没有一个经过上面第一条的检验。我们知道雷电是一个迄今仍无法在实验室真正全面重复的自然现象，而且对具体保护对象而言，雷害一般是个小概率事件，建构筑物的防雷效果不可能达到100%，也难以确定防雷效果。即使没有任何防雷设施的建构筑物，也可以多年不受雷击，而有良好防雷设施的也会遭雷击。要确定防雷设施的效果，除了做专门的野外科学试验外，从已知的雷电物理过程来分析检验也是必要的。前者耗时耗钱，而后者是可以起到省事的判别作用，任何雷击都必须符合实际的雷电物理过程，违背它就构不成雷电。 （3） 如果承认上面的条件，那么我们就可以分析一下现有的非常规避雷针的有效性了。 对于半导体消雷器，曾经在有关电力部门、科研单位及 “发明”单位的参与下作过野外试验，结果是，至少在雷击电流大于16千安后，它只是个一般避雷针。当然，大多数雷电流的峰值是远大于16千安的。因此，结论是不言而喻的。这里要提及的是，这次试验并不是一次非常客观的试验，因为厂家也介入了，但结果还是没能如厂家所愿。这个产品曾多次改变其原理说明，最新的说法是，它即使不能消除雷击，也能降低雷电流幅值。这里不打算详细分析，只想指出，辩解者别忘了雷击必有的连接过程，否则就不是实际的雷电了！最近，还有宣传上海东方明珠因为装了消雷器在遭雷击时安然无恙，不过怎么不提一下在近旁的金茂大厦没用消雷器，不也好好的吗？！ 其次，ESE类产品，国外曾有过野外试验，在长达7年的试验中，这类产品从没遭到雷击，反而是一般的避雷针却遭了雷击。并且正如理论分析指出的，ESE针可能会先发生放电，但是这是一种非持续的放电，形成不了受击所须的上行先导，从而改变不了引雷效果。这个问题国际上有过十分详细的研讨，并且在厂家的多次压力下仍然拒绝列入国际或美国标准。主要的生产国法国是有个标准，但试验条件与真实雷电相距甚远。 关于等离子避雷球，我同样十分赞赏贵刊讨论，也支持质疑。在此，只想简单提一下：显然，被保护物在雷电临近时电场达不到产生上行先导的值，就不受雷击。但，庄教授们的装置实际能不能实现保护？如果能，那么能实现多大范围的保护？ （4） 在现有防雷有不足的情况下，也就是还有雷害的情况下，人们改进的要求及探索不会停止，由于问题的难度，鱼目混珠也将伴随始终。这和疑难绝症的治疗有数不尽的偏方是十分类似的。有科学头脑、实事求是的管理者应该负起责任，采取措施正确引导。显然光有贵刊组织讨论是不够的。浙江大学电气工程学院叶蜚誉： 对于“等离子球避雷技术”和“电荷避雷技术”我没有研究，对发明人庄洪春的原文也还没有仔细读过。本文仅是根据梅忠恕、李兆华两位的文章等离子球避雷技术质疑（以下简称质疑）提出自己的一些看法。 首先，我觉得作者选题正确、及时。这种非常规防雷方法如果还在研究之中，我们还可以慢慢来切磋，可是它已经成为商品，已经在某些部门、甚至重要部门推广使用，更有甚者已被鉴定为：“对人类生存和保障的最佳发明”（转引自质疑文），这就非同小可。梅、李率先提出系统性的文章和鲜明的观点，编辑部组织讨论，我觉得很好。我个人对此不够重视，也没有去研究，现在有梅、李的文章，让我们有一定的了解，很有好处。 其次，我觉得质疑一文首先将重点放在新技术的原理上是非常正确的，抓住了根本。原理上如不成立，讨论后面的实施方法、装置乃至经济性都没有意义。这不是说梅李文不该写后面几部分，也许因为便于大家讨论，一并都写了出来。但是我认为还是要一步一步展开为好。 等离子避雷装置的原理，质疑一文中指出：是 “用等离子层覆盖，削弱原电场，去掉尖端效应”和“用某种电荷（庄文中写的是：电流回路中的导体表面上集聚的电荷）来对消那里的感应电荷”（笔者作了个别字的修改，并认为对消的是“雷电感应电荷”），发明人庄认为消除了雷电感应电荷的集中或进一步完全消除感应电荷，这样做能消除被保护物体表面的强电场，从根本上消除雷击被保护物体的可能。这样，就有两个层次的问题：一是能否消除雷电感应电荷或至少改变其集中程度，二是在被保护物体表面的感应电荷消除了（梅、李和笔者都认为不可能）或不集中分布了（叶认为可能，梅、李文未提及）的情况下能否避免雷击。问题一涉及的是电工基础理论问题，梅李文讨论了，我觉得除了个别提法和表达方法有待商榷外，论法和结论是正确的；问题二是气体放电雷击理论的问题，梅、李文未提及，期待他们有进一步的意见。 最后我对开展讨论提出一些一般性看法，供大家参考。 建议按一定的层次展开讨论： （ 1） 首要的是讨论原理。要明确对立双方的观点、根据和基本论述。为此要写出来，不仅是文字，还要示意图、原理图或等效图，可能的话希望给出基本数据。 （ 2） 如原理上基本上可以明确某方正确，或双方达成一定的共识，则可以进一步讨论实施方案。也要写出来，不仅要文字叙述，还要有结构原理图、等效电路图、关键元器件说明、论证可行性的基本数据。这一部分，该告诉大家的就要告诉，知识产权由专利法和国家其他法律保护。如果上述基本内容不能及时公布，那么我们就没有讨论的条件，该技术也没有鉴定和推广的条件。 （ 3） 如需要得出结论（所有人都承认）或公论（为大多数人所承认）就需要作验证试验和现场调研。 有必要说明的是：一定要划清商品和科研的界限。对商品的要求更严，要求它符合自己声称的指标。而科研还可以有不完善之处。 讨论的各方应是对该技术持异议者、发明人、鉴定人。鉴定人只需论证其鉴定意见与评价，不必与发明人完全一致。 还有一种快速高效的讨论形式：专题讨论会。就是当年长沙电气学会蒋麦占先生主持召开的全国性电涌保护技术讨论会的那种形式。会上不要宣读文章，只有事先准备好的讨论提纲。由主持人主持，按题展开。各人开门见山，针锋相对，有的放矢，短兵相接。可以插话，可以打断。虽然不一定能当场解决问题，却可以找到问题症结所在。否则，有时侯辩论互不见面，有的不接招、不亮招，象是猜谜语，隔靴抓痒，花了很多篇幅和时间，还迟迟谈不到点子上去，不解决任何问题，浪费时间。 空军装备研究院江明礼 周宝胜： 什么是“绝缘避雷”？首先要把概念搞清楚，否则争论半天，也是无的放失，白费功夫。 反对绝缘避雷的人认为：“绝缘避雷是用绝缘材料挡住雷电，是串联电路的概念。”可以用图 1来表示。这是一种完全错误的绝缘避雷概念。在雷电来临时根本不可能用绝缘物挡住高电压的雷电，达不到绝缘避雷的目的。 我们提倡的绝缘避雷是：用绝缘材料来覆盖被保护物，增大该通道的电阻（一般都超过 5千兆欧，雷电鞋的绝缘电阻高达20万兆欧），利用雷电流总是从电阻最小处入地的原理来躲避雷击，让雷电从周围电阻小的地方入地（如图2所示）。这就要求绝缘材料的电阻要足够大，要大于周围物体或空气柱的电阻（雷雨天与人同高同体积的空气柱电阻一般小于5千兆欧）。这样雷电就一定会打周围电阻小的物体，这就是我们所说的真正意义上的绝缘避雷。 绝缘避雷需要绝缘材料有很大的绝缘电阻，绝缘避雷是不接地的。绝缘避雷是在雷电来临前，用绝缘物来阻挡地面感应电荷通过被保护物形成上引先导，或者说此时被保护物上访的电电荷密度被大大减少，电场被削弱了。由于它阻挡的不是发生雷电时的雷电高电压，而只是雷电发生前的地面感应电荷，因此对绝缘材料的耐压就不是很高。这样绝缘避雷就比较容易实现。（ 8月7日） 特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。