也谈“绝缘避雷”问题——许颖

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摘 要：本文主要内容如下：（1）“绝缘避雷”术语易引起误解。（2）“绝缘避雷”、“疏”、“堵”结合防直击雷不是什么新事物。（3）“疏”、“堵”配合是个技术经济问题。（4）防雷鞋（伞、帽、衣）是否防雷，应经过大参数的防雷模拟试验才能确定。（5）不能以个别古塔等多年无雷击，就得出“绝缘避雷”的结论。（6）防雷接地的有关争论。 关于 “绝缘避雷”的话题，已经持续了很久一段时间，许多人都发表了不同意见，这体现了学术争鸣的思想。为此，笔者发表如下意见，希望大家提出自己的看法。 1 “绝缘避雷”易引起误解 过去的一些术语，如“避雷针（线、或带、或网）”和“避雷器”已名不符实，容易引起误解，造成损失。古人说得好：“名不正，则言不顺；言不顺，则事不成。”（出自先秦·孔子《论语·子路》）。笔者不赞成用“绝缘避雷”这个术语，以免“望文生义”造成误解。 2 “绝缘避雷”、“疏”、“堵”结合防直击雷不是什么新事物 关于“绝缘避雷”，江明礼高工在文[1、2]作了阐述，文2对“疏”、“堵”结合防直击雷举了两个示意的定性实例图。 第1个实例图，说的是用绝缘物支撑避雷针和引下线，以防雷电反击。（注：木质绝缘在淋雨情况下，试验证明，雷电冲击电压强度还是很高的，实践经验证明不会着火。）笔者看过1951 年出版的《建筑物防雷》一书[3]，其中第52 页图22 介绍了安装在被保护建筑物上用木质绝缘支撑避雷针和引下线，并计算和提出了在不同雷电流下对支撑绝缘的要求。该书是根据1940 年苏联制订的《建筑物防雷保护导则》编写的，编写者是参加《导则》制订者。在文[4]第61 页中介绍了苏联著名防雷专家В.П.ЛАРИОНОВ撰写的系列《雷电防护第3 部分》图23 中，安装在被保护建筑物上改用绝缘子支撑避雷针和引下线。对绝缘强度有严格要求。 第2个实例，说的是被保护物上用绝缘材料盖上——即所谓的“堵”。雷击近旁大树入地——即所谓的“疏”。这是可能的，但不是绝对的，树相似独立避雷针，只能说减少了被保护物遭受雷击的概率。同在文[3]第69 页图34 和第176 页图92 中介绍农庄居民住宅，利用住宅旁边树上安装避雷针（注：实践证明，树不会着火。），对房屋离树距离和避雷针尺寸均提出了要求。也就是说，文[1、2]举的两个示意的定性实例图，在文[3、4]中已有，不是什么新事物。 3“疏”、“堵”配合是个技术经济问题 文[1、2]对“疏”、“堵”作了解释。文[5]用的是“引雷拒雷”，同“疏与堵”结合是一个意思。“疏”、“堵”均要花钱的。所花的钱是否可以从减少雷电灾害回报得来？这不是设想，而是要用大量实践经验统计资料来说话的。 譬如，电力架空输电线路的防雷保护，采用架空地线（避雷线）、接地引流线和接地装置将雷电流引入地中，已有近百年的历史。类似于文[1、2]中的“疏”；采用绝缘子串将输电导线与杆塔绝缘隔离，来防止流经避雷线、引流线和接地装置上的雷电流产生高电位反击到输电导线上，危害输电。这也可说是类似于文[1、2]中的“堵”。不同标称电压架空输电线路，在不同的时期，所采用的避雷线根数及其布置、接地装置阻抗值和绝缘子串的片数均不同，是从大量实践经验统计分析中，求得最佳技术经济来确定的。 防雷保护归根到底是经济问题。在工程实施中，花钱多收效少的技术，终究会被淘汰。 4 防雷鞋（伞、帽、衣）是否防雷，应经过大参数的防雷模拟试验才能确定 这些产品均称是防雷的，应做防雷模拟实验。可至今尚未见到这方面的试验资料。 因实验室还无法逼真模拟自然雷电现象。一般地说，模拟参数愈小，相似性愈差，可信性愈小。笔者考虑国内很多试验室的实际情况，建议模拟试验方法如下： 雷电冲击电压发生器上电极对被试品击距5m，也就是说，相当自然雷电击距30m 时缩小6 倍，击距45m 时缩小9 倍，击距60m 时缩小12 倍，击距90m 时缩小18 倍（注：GB 50057§3.5.5 规定100m，实际自然雷电击距从30m 至百米以上）。被试品做两套：一套是模拟人穿的防雷鞋、或防雷伞、或防雷衣、或防雷帽，模拟品均应按照产品实物尺寸和绝缘电气冲击电压强度缩小6、9、12、18 倍。试品按比例缩小尺寸和电气强度是试验必须遵守的规则。另一套仅是普通鞋、伞、衣、帽和模拟人，照样按比例6、9、12、18 倍缩小。这两套试品，按相同比例尺寸分4 组进行对比试验，每组两个试品应放在同一接地铁板上，对称布置。试验时试品应是在淋雨下进行，淋雨方法按照GB311。击距为5m。每组放电次数可协商，但不应低于100 次，否则概率统计分布置信度太低。有了这样的试验结果才可评估防雷鞋、防雷伞、防雷衣、防雷帽的防雷性能。才能从技术经济分析评估这些产品防雷是否可行？ 关于模拟试验用的冲击波形问题，建议由委托和试验双方商定，笔者认为不必按GB 50057-94（2000年版）的规定执行。因该标准规定：首次雷击的雷电流波形为10/350μs，通过第一级SPD的雷电流波形为10/350μs，通过第二级SPD 的雷电流波形为8/20μs，而电压波形为1.2/50μs。笔者认为这样是不符合波过程规律的。这也不是自然雷电波形，是人工波形，也不是试验中常用的波形，是国外商贸技术壁垒的产物。IEC 也仅是推荐性的，有关部门不作任何论证，把它“摇身一变”就作为中国的强制规定。为此，我国防雷界已有十多位著名专家，对此提出质疑。 5 不能以个别古塔多年无雷击来例证得出“绝缘避雷” 有人以个别古塔——山西应县木塔和浙江宁波天童寺——多年无雷击为例，得出“绝缘避雷”的结论。文[6、7]认为不是这样的。笔者未对古塔和古寺的防雷进行调查研究，故不就古塔（寺）而论。现只以笔者体会的事为例。220kV 新（安江）杭（州）Ⅰ回路架空输电线路，全长119.4km，于1960 年9 月28 日投运，1961 年发生雷击跳闸7 次，严重影响安全运行，为此，自1962 年起在全线杆塔上安了磁钢棒进行测量记录，至1994 年止，线路全长一半左右30 多年无雷击记录，多雷区和易击点约占全线三分之一[8]。防雷措施一样，难道能说这一半以上杆塔是“避雷”的。显然不能这样结论。雷击有选择性。电力行业对架空输电线的多雷区和易击点已经摸索出一套途经地形地貌地质的特征规律[8]。 6 防雷接地的有关争论 有人用金属接地棒和不接地棒的电场分布不一样，得到接地棒比不接地棒雷击概率大一倍，从而得出了三条结论： ①“避雷不一定要接地”； ②“传统避雷针为了引雷入地才必须接地，这是引雷的要求，而不是避雷的要求”； ③“对地绝缘的电导体遭雷击的危险性比接地时小一半。在这个意义上说，绝缘有利于避雷”。 笔者认为这三条结论值得商榷。要具体问题具体分析，不能一概而论。 首先确认，绝缘物体比接地物遭雷击频度小，土壤电阻率大的地区，不仅地闪雷击密度小而且雷电流概率也要小。但这不是确定被保护物需要防雷接地及其接地阻抗值大小的决定性因素。 还有飞机在空中飞行时的防雷，当然不可能接地，也不要接地。 现在来讨论建筑在地面上的工企建筑物和建筑设施防雷是否需要接地的问题。建筑在地面上的工企建筑物和建筑设施内部都有电气设备、信息系统等各种需要防雷的被保护物。若这些被保护物采用文[1、2、5]推荐的方法—— “疏、堵结合” 或“引雷与拒雷配合”，这与现行常规防雷方法，在实质上没有区别，“引雷”或“疏”都要求接地并肯定接地阻抗愈小愈好。大量架空输电线路实践统计资料表明，杆塔接地电阻（阻抗）与杆塔闪络率成正比[9]。只是现行常规防雷方法中不叫“引雷”、“疏”。文[5]反对在防雷接地上“花大钱挖开岩石、埋下大量镀锌钢和成吨昂贵的降阻剂”。这是对的。电力行标DL/T 620-1997 第6.1.4 条表8 中规定：架空输电线路杆塔接地电阻（阻抗），“如土壤电阻率超过2000Ω·m，接地电阻很难降低到30Ω时，可采用6～8 根总长不超过500m 的放射形接地体，或采用连续伸长接地体，接地电阻不受限制”。这里规定的“接地电阻不受限制”，是实践经验中和技术经济比较中得出的。 若不是采用上述现行常规防雷方法，而是采用“纯绝缘”来“避雷”。不知推荐者是否做过技术经济方案比较？在什么情况是可行的？是基建投资和雷害损失（含运行维护费）是最佳经济方案。按最佳技术经济方案，制作工程试品在淋雨状态下，采用大参数按比例尺进行雷电冲击模型试验（见上节所述），来评估其防雷可靠性，与设想是否一致？还有，笔者对“对绝缘的电导体遭雷击的危险性比接地时小一半”，不甚明白。笔者理解，其一，这里指的“危险性”就不是仅指“电导体”遭受雷击次数，而应是“电导体”遭雷击时的损坏概率，其倒数即为“电导体”的防雷可靠性。其二，这里指的“电导体”应是传输信息“导体（或电线）”、输电“导线”。传输信息导体或输电导线本身是不能接地的。比较“绝缘”和“接地”应是指经绝缘体悬挂传输信息导体或输电导线的支撑物（例如发射塔、微波塔、输电杆塔）。若是这样，笔者举一输电杆塔来例证。 在上世纪50-60年代，我国标称电压110kV 架空输电线路，学习苏联经验，采用无避雷线无接地的木杆和木横担，木杆和木横担在雷雨时仍有很好的耐受雷电冲击电压性能，50%放电电压约每米250kV，用6 片绝缘子串悬挂输电导线，6 片绝缘子串的50%放电电压约670kV，在中国运行经验表明，尤其是在我国南方地区，雷击跳闸率很高，被迫改为带接地的避雷线进行防雷保护，显著地减少了架空输电线路的雷击跳闸率，一直沿用到现在。这从一个侧面证明：“绝缘的电导体遭雷击的危险性比接地时小一半”是不对的。 此外，俄罗斯标称电压1150kV 架空输电线路，双避雷线对导线保护角为10 度，悬挂导线的绝缘子串，雷电冲击的50%放电电压3100kV 以上，从1986 年投运以来，发生多次雷电绕过避雷线直击输电导线引起绝缘子串闪络。也就是说，要靠“绝缘”来绝对避免雷害是很困难的。当然，架空输电线路用的绝缘结构可能与所谓的“绝缘避雷”的绝缘结构不同，但可借鉴思考。 如工企建筑物和建筑设施用“绝缘”覆盖来“避雷”，“绝缘”强度要足够，是要花巨资的。若是地基和底层用“绝缘”层来“避雷”。“绝缘”强度也要足够，特别是边侧面，也要花巨资，这样实施是否比现行常规防雷经济。笔者认为，推荐“绝缘避雷”者应提出技术经济比较方案，作出试品进行防雷模拟试验，有试点试运行实践资料。笔者始终认为，“绝缘避雷”归根到底也是经济问题，“绝缘”所花的钱，是否可从“避雷“减灾中收得回来？不是理论问题。