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百家争鸣避雷针
  雷电,作为一种强大的、似乎无法抗拒的自然灾害,曾经被视为凶恶的神。它的威力,它的无情,让人们谈雷色变,避而远之。记得在小时候的农村里,大人常常用这样一句话来警告那些不听话、作恶多端或不孝敬父母的恶人,当心会遭天劈雷轰的!由此可知人们对雷电威力的恐惧!
  自从富兰克林发明了神奇的避雷针,对建筑物的直击雷可以进行有效的防范,人们对雷电的恐惧和害怕,就没那么严重了。雷电造成的灾害,也迅速地在减少。
  随着信息社会的飞速发展,雷公电母的危害,已经不只是针对建筑物,而是针对建筑物内广泛应用的电子信息设备。传统避雷针的局限性日益凸现出来。随之,各种新型的、非常规的避雷针、避雷装置如雨后春笋般出现,尤其是站在城市的最高处,俯瞰整个城市那琳琅满目、形状各异的避雷针,还不失是一道靓丽的风景呢!
  对于各种新型避雷装置的功效,近年来出现了两种截然不同的观点。拥护的一方认为,新型避雷针确实能有效地防范雷击,新产品、新用户的不断出现,就是最好的证明!另一些人却起了纳闷:为什么如今避雷针越装越多,事故非但没有减少,反而增多?
  对于避雷针的功与过,是与非,大家不愿去评说。因为,当年关于“消雷器”的讨论,某种程度上在人们的心头的阴影仍然挥之不去。面对新的一个“结”,人们仍存疑虑:争论有益吗?所以“沉默是金”。我们不禁要问:难道永远就顺其自然,不去解决?
  “不是在沉默中爆发,就是在沉默中死亡”我们耳边不时想起鲁迅先生这样一句话。
  本刊之所以开展有关“新型避雷针”的大讨论(包括等离子等其它避雷技术),就是希望对它做一个客观、全面的探讨。我们并不是想一味地肯定或否定哪一种产品,而是通过探讨,提高我国的防雷水平,尤其是在广泛使用的避雷针上,哪些新型避雷针确实原理可行,实际有效?哪些还有待改进和实践证明?哪些却在打着避雷的幌子,鱼目混珠,形同虚设,赚取大量的利润?避雷针还有哪些局限性?需要从哪些方面完善?只有通过辨析,才能达到推广先进的防雷技术和产品,剔除假冒伪劣、技术落后的产品的目的。
  讨论不是漫无边际,而是有前提的,即以事实为依据,就事论事,不针对任何个人,更不允许借题发挥,恶意攻击他人。力争做到事实越辩越清,真理越辩越明,参与辩论的人越辩越和谐。
  兼听则明,偏听则暗。现将一些专家、学者和工程技术人员对避雷针和等离子避雷装置已经发表的一些看法综合如下。可惜我们至今没有收到生产厂家、产品代理商和重点用户的只言片语。是他们不屑一顾,还是有难言之隐?我们不得而知。但我们坚信:随着讨论的深入,理论先进、性能良好、实用有效的避雷针产品一定会得到更广泛的推崇。
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。
广东佛山电信李文:
  收到关于参与“避雷针专题讨论”和“等离子避雷球技术讨论”的邀请,我认为《中国防雷》能抓住当前防雷界上的关键技术问题组织讨论是非常好的,我们应该本着尊重科学、实事求是的态度参与学习、讨论、研究,这对推动我国防雷技术进步是非常有益的。
本人从事通信维护,对通信设备的防雷技术有一定的体会,但对防雷理论研究不深,下面谈谈我的看法,希望能与老师交流学习,得到指教。
(1)避雷针防雷
  传统的富兰克林避雷针防雷(包括避雷带、避雷网)是大家很熟悉的,也可称为接地防雷,它应用了200多年,对人类防御雷害起到非常重要而普遍的作用。其原理是科学的,是大自然普遍存在的客观规律,地球上每一凸起部分都可看作避雷针,它能中和大气中的电荷,起到电荷平衡作用。人工架设避雷针只是把大气中的电荷尤其是雷雨云中的雷电荷按照人们的意图引接入地,使周围物体免受直击雷的危害。随着技术的进步,现代电子技术和微电子技术的普遍应用,避雷针对这些设备的保护就显得力不从心,甚至避雷针接地引线产生雷电感应过电压对电子设备构成严重威胁。电气设备受雷害损坏现象日益增加,避雷针的局限性也日益凸现,有人据此就全部否定避雷针的作用,提出废除接地装置,我认为这是片面的、不公平的。就象人们防洪采用泄洪河,把洪水引入大海一样,泄洪河会冲刷河床、沉积淤泥,还会对沿途一些低洼地区防洪产生影响,但人们不会为此而不要泄洪河,而是采用加固河床、清理淤泥,低洼地区及时抽水等办法。我们也不应因为避雷针接地引线产生雷电感应过电压对电子设备损害,就把避雷针拆除,而是采用屏蔽接地、等电位连接、安装避雷器、合理布线等措施来保护设备安全。即使建筑物不装避雷针、避雷带、避雷网,电子设备还是会受雷电电磁脉冲影响。所以我们对避雷针要有一个正确的认识,清楚它的防直击雷作用和避雷针接地引线产生雷电感应过电压的弊端。如何正确设计、使用避雷针,如何做好雷电感应过电压的防护工作,这是防雷专家和我们防雷工作者要认真研究并大力宣传和普及的。
(2)等离子防雷
  对于等离子防雷技术,我不敢妄加评论。据报道该技术在航天器上应用获得成功,这是值得可喜可贺的,希望庄教授继续完善,为国争光。但把等离子防雷技术搬到地面上普遍应用,还为时过早。因为太空和地上条件不同,太空无法接地,而地面上物体本身就在地球上,还有在地面上应用的安全问题、电源问题、运行维护问题、价格问题、应用场合等问题,这些都有待研究。
综上所述,我认为传统的避雷针防雷(包括避雷带、避雷网)是科学的,接地是必要的,不是过时的,接地引线产生雷电感应过电压对电子设备影响是严重的,等离子防雷有一定的应用范围,但只适用于特定场合,它不能取代避雷针防雷措施。我们应该对避雷针接地防雷知识(包括利和弊)大力宣传和普及应用,同时加大对感应过电压的防护技术研究,提高电子设备的安全度。
以上是我对当前防雷技术争论的一些见解,有错之处希望得到专家指教。
祝《中国防雷》为防雷事业作出更大贡献。
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)
广州中山大学赖德津:
  我在《中国防雷》2004第5期上发表过题为"云雨起电的动力学模式"一文,指出强大的上升气流和凝结是雷电生成的根本原因。雷电的重灾主要是云地直击,而直击发生一般在气流上升下降交界的大雨区。此区有随机性,故防不胜防。任你安装避雷塔,总有空子可寻,事故不绝。
现有的避雷针虽然能够将建筑结构附近电荷引入大地的功能,但随之而来的是强大脉冲电流产生的强大脉冲磁场。此磁场足可以在电子线路中产生损坏电压。接地电阻愈小,口径愈粗,危害愈大!正所谓利弊俱全。所以有人强烈呼吁不安装引雷针!但是不安也难!
  如若一定要在建筑物安装避雷针引雷泄电,万不可对二次感应轻心!一定要加延时和屏蔽处理。在引电导体中加阻容延时和在周围外另加吸收二次磁辐射的回路。这对工程技术人员是小菜一碟。另外框架建筑也利于减少二次辐射,但必需在垂直面上有良好的吸磁回路。主张钢材有良好连接。此乃我个人的建议。
中国电工研究所马宏达:
  我认为梅忠恕和李兆华先生的文章是对的,请予以发表。我曾经参观过庄洪春“等离子防雷”的早期实验。那时,他是用霓虹灯管做的“电荷避雷”实验。我确实看到:从霓虹灯的一端引出的感应电荷能够抵消上部电极板(雷云模拟)在下部突出物上感应的电荷,放电只从避雷针上产生。有电荷屏蔽的突出物不再发生向上的放电。梅李二位先生提出的问题确实也对,我现在对于这个问题感到不解,只能实情相告。
  关于“等离子避雷”的理论,我所了解的中国科学院电工所和物理所的专家都不同意。所以,最好召开专家座谈讨论。
中国电信电磁防护中心谢琦:
  对学术问题的探讨,是非常必要的。每项新技术的出现,为了能充分满足今后实际的需要,首先都要在理论上进行切磋,使该新技术更好地得以完善,其实质就是对该新技术的支持和重视。
我个人认为,庄教授研制等离子避雷技术的出发点是非常好的,证明我国的防雷专家不迷信国外技术,敢于探索、敢于创新。
  对于《中国防雷》编辑部开展的这场讨论,我本人非常支持,希望从不同的观点中受到启示,但我真诚地希望:请支持方能完整提供理论、实验数据和现场测试情况;反对方要对新技术的出现多点包容心,不要一棍子打死,更不要出现人身攻击。前几年对“消雷器”、“驱雷器”的大讨论是最好的反面教材,千万不能重蹈复辙。
中国电力科学院许颖:我赞成贵刊开展“等离子避雷球技术”讨论,这有益于“百家争鸣”,有益于愈辩愈明。
 


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