避雷针（线）防直击雷的作用
详细内容
摘 要: 本文主要内容有二：
（1）反对用几何原理理解避雷针（线）的防直击雷的作用；
（2）多支避雷针（线）之间保护范围过小，是花钱招祸。
关键词 ： 避雷针（线）保护范围 发变电所防直击雷 建筑物电子信息系统防雷保护
关于避雷针防直击雷的作用，笔者在文[1、2、3]阐述了个人看法，这里不再重述。本文着重从以下两个方面阐述：（1）几何原理是不符合雷电放电规律的。（2）多支避雷针之间保护范围规定得过小，是祸不是福。
1 几何原理是不符合雷电放电规律的，用其理解避雷针（线）防直击雷的作用，是误导
关于避雷针（线）保护范围的物理概念和计算方法，资深防雷专家刘继、马宏达和笔者均有很多论文阐述。世界各国确定避雷针（线）保护范围的计算方法，一般地是要经电磁场理论分析、实验室模拟试验研究、本国长期多年的实践运行经验证明，三者结合才能作为正式推荐使用。这是由于：（1）至今世界上所有实验室都不能逼真模拟自然雷电放电现象。（2）各国的实践经验不完全一致，各行业要求的避雷针（线）保护范围内允许的绕击率也不一致等原因。到现在，国际上尚无公论统一的计算方法。还必须强调指出的是：世界各国的避雷针（线）保护范围计算方法，均是经验公式。规定的避雷针（线）保护范围内遭受雷击概率（通常称绕击率）是具有统计分布规律的。我国电力行业标准DL/T 620-1997[4]推荐的保护范围计算方法的经验公式，是经电力行业大量的发变电所五十多年运行经验证明的，绕击率小于0.1%，对发变电所防护直击雷是合适的，远比发变电所雷电侵入波安全可靠性高很多。也经1994年以前大量建筑物多年运行经验证明的，是适合我国使用的。发变电所的雷电危险主要来自雷电侵入波。电子信息系统也是如此，危险主要来自雷电电磁脉冲（LEMP）。
1994年制订的GB50057-94，引进了国外一种推荐性的计算方法，后来摇身一变，成了中国强制性的GB50057-94（2000年版）《建筑物防雷设计规范》。《规范》条文解释中说：滚球法是 根据立体几何和平面几何的原理，再用图解法并列出计算式而得出的。并在实例告诉人们：雷击是按几何直线距离，滚球对谁距离最短就击中谁。这是不符合观测到的雷电放电规律的，也不符合大型模拟实验结果。不能用几何原理来解释避雷针（线）防直击雷作用。按几何原理来理解避雷针（线）保护范围会产生误导。
IEC 61024-1：1990《建筑物防雷》中第1、2、3条亦明确告之：一次闪击（lightning flash）可有多个雷击点（point of stroke）。我们曾在实验室做过这样的实验：用人工的冲击电压发生器，产生相同数值的电压冲击波，击中距离20m和29m的物体。只能理解距离愈远击中概率愈小。GB50057-94（2000年版）中推荐采用4种滚球半径30m、45m、60m、100m（见第3.5.5节），事实上是承认接受4种绕击率。很遗憾的是：当初《规范》制订者决定弃用1994年前建筑物避雷针保护范围计算方法时，并未提出科学论证报告；从1994年至今10多年过去了，又未提出建筑物避雷针采用滚球法这4种滚球半径（30m、45m、60m、100m）实践统计的绕击率及其分析。
避雷针（线）保护范围计算采用滚球法是古已有之，并不是什么新鲜事[5]。笔者在此谈些滚球法在电力行业上遇到的情况：在上个世纪五十年代后，世界上一些国家，投运了一些330～500kV超高压架空输电线路，雷击跳闸率比预测高很多，一时难以解释，就有专家提出用几何击距法（滚球法）来分析这些架空输电线路雷击跳闸率过高问题。后来有人把其引入变电所避雷针保护范围计算上。从几何原理来看，避雷针和避雷线几何击距（滚球半径）是无差异的；被保护物材质和形状以及是否带电、带多少，在几何击距（滚球半径）亦是无差异的。可实践证明差异很大！实践经验告诉我们，用滚球法（几何击距法）解释不了特高压750kV和1150kV架空线路雷击跳闸统计结果。因为这些特高压（UHV）架空输电线路绝缘水平非常高，例如，U-n=1150kV架空输电线路对地冲击绝缘强度在3200kV以上，导线上遭受较小的雷击电流（例如，IEC 62350-1中表4所列的滚球半径R=20m、30m、45m、60m时相应的雷电流I=3kA、5kA、10kA）时，Un=750kV和1150kV特高压架空输电线路按理是不会引起闪络跳闸的。实际上却发生了闪络跳闸！这证明几何原理不符合雷电放电规律。用几何原理更解释不了特高压架空输电线路采用负保护角的经验。
世界上一些国家，仍是按本国实践经验和科研成果总结出的方法经验公式。例如，俄罗斯（以及前苏联），现行标准РД34.21.122-87《建筑物和构筑物防雷保护配置规程》和РД153.34.3-35.125-99《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》，不用滚球法，用统一推荐的经验公式。由于中俄电力行业经验的差异，中国现行的DL/T 620-1997和俄罗斯РД153.34-3-35.125-99也不一样。
关于接闪器的种类和布置，在IEC 61024第2.1.1、2.1.2条和IEC 62305-2 Ed 1第5.2.1条以及GB50057-94（2000年版）第5.1.1条中均规定有：避雷针、避雷线（带）、避雷网三类；布置方法有：保护角法、滚球法、网格法等三种。
网格法是对避雷网而言的。避雷网格尺寸，《规范》中有的规定为8m×8m，有的规定为&le5m×5m或&le6m×4m等等。有人对此不甚了解，而误言这对那错。事实上，从接闪直击雷的概率而论（即所谓外部的雷电防护系统ELPS），几乎无区别。而仅是允许从网孔中进入屋内的电磁脉冲（LEMP）强度（即所谓内部的雷电防护系统ILPS）有差异而已。
2 多避雷针之间保护范围规定得过小，是祸不是福