關于獨立避雷針保護內邊界問題的探討

高云鵬，章 程，李鵬飛

（無錫市防雷中心，江蘇 無錫 214101）

1 引言

避雷針是一種簡單的防直擊雷裝置，冠以“避雷”二字，是指能使被保護物體避免雷擊。由于避雷針較高，而且具有良好的接地，因而避雷針上容易因靜電感應而積聚與雷電先導極性相反的電荷，使雷電先導通道與避雷針間的電場強度顯著增強，進而將先導放電的路徑引向避雷針并繼續(xù)發(fā)展，直到對避雷針發(fā)生主放電。因此，低于避雷針并分布在其附近的物體遭受雷擊的概率很小。

獨立避雷針是指不借助其他建筑物、構筑物，擁有獨立的接閃器、引下線和接地裝置的專門組裝金屬構筑物，如桿塔、鐵塔等。利用獨立避雷針可實現(xiàn)對直擊雷的防護，但是日常生活中被保護物體明明安裝了獨立避雷針且處于其保護范圍之內卻仍然遭受雷擊的現(xiàn)象屢見不鮮。從筆者日常檢測中遇到的實際情況來看，造成“花錢找雷打”的主要原因就是大多數(shù)獨立避雷針的安裝都忽視了其引下線與被保護物之間的距離問題，從而導致獨立避雷針引下線與被保護物之間發(fā)生放電，形成雷電反擊。為了防止雷電反擊現(xiàn)象的發(fā)生，被保護物與獨立避雷針引下線之間應保持一定的安全距離，這個距離就是文章所討論的“獨立避雷針保護內邊界”，它與“由滾球法確定的保護外邊界”共同組成了“獨立避雷針經過修正后的保護范圍”。下面來討論其保護范圍的內邊界。

圖1 獨立避雷針經過修正后的保護范圍

2 獨立避雷針的保護內邊界

當閃電直接擊中獨立避雷針時，會在避雷針引下線和接地體上產生很高的電位。由于獨立避雷針的接地裝置相對獨立，所以必須保證獨立避雷針與被保護物之間的空氣間隙Sa及避雷針接地裝置與被保護物接地裝置之間的地中距離Se同時滿足一定的要求，見圖1。

其中：H：獨立避雷針針高，m；

Sa：獨立避雷針引下線與被保護物之間的安全距離，m；

Ri：獨立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻，Ω。

獨立避雷針在接閃瞬間，引下線上高度hx（0≤hx≤H）處的電位Ux應為電阻壓降與電感壓降之和。其計算公式如下：

根據(jù)雷電反擊原理，被保護物與獨立避雷針引下線之間的空氣間隙Sa應滿足下式：

式中：UR：雷電流流過獨立避雷針接地裝置時其上產生的電阻電壓降（kV）；

UL：雷電流流過獨立避雷針引下線時其上產生的電感電壓降（kV）；

如“昆南”陰入聲字“滑”的唱調（《牡丹亭·拾畫》【顏子樂】“蒼苔滑擦”，715），該單字唱調的過腔是。雖然這個過腔的音樂材料都相同，都來自于本唱調音階的級音，但由此組成的樂匯或句型可分作三節(jié)。其中的是第一個樂匯型級音性過腔，是第二個樂匯型級音性過腔，是第三個樂匯型級音性過腔。這個過腔即由同一種音樂材料組成的“級音+級音+級音”多節(jié)型過腔。

I：雷電流幅值，kA；

L0：獨立避雷針引下線的單位長度的等值電感，μH/m，取其等于1.5μH/m；

ER：電阻電壓降的空氣擊穿強度，kV/m，一般取其等于500 kV/m；

EL：電感電壓降的空氣擊穿強度（kV/m）。

根據(jù)IEC-TC81的有關文件，有：EL=600（kV／m），其中T1：雷電流波頭時間（μs）。由于獨立避雷針常用于第一類防雷建筑物的防直擊雷設計，故取首次雷擊的雷電流幅值I=200kA，波頭時間T1=10μs；后續(xù)雷擊的雷電流幅值I=50 kA，波頭時間T1=0.25 μs。

從而首次雷擊時，EL=660 kV／m=20 kA／μs；后續(xù)雷擊時，EL=3 000 kV/m=200 kA/μs。

將以上數(shù)據(jù)代入式（2）有：

首次雷擊時：sa≥0.4Ri+0.455hx（3）

后續(xù)雷擊時：sa≥0.1Ri+0.1hx（4）

令式（3）與式（4）相等，有 hx=5.5 Ri。

從而：當 hx＜5.5 Ri時，式（3）的計算值大于式（4）的計算值，故取式（2.3）。

當 hx＞5.5 Ri時，式（4）的計算值大于式（3）的計算值，故取式（4）。

獨立避雷針接地裝置與被保護物接地裝置之間的地中距離Se應滿足下式：

式中：EP：土壤的擊穿強度（kV/m），一般取其等于500kV/m。仍取首次雷擊的雷電流幅值I=200 kA，代入上式，有：

從而，由式（3）、式（4）以及式（6）得出圖 1中的“由防止雷電反擊理論計算得出的保護內邊界”曲線。

3 結束語

針對以上問題的討論，為了防止在接閃瞬間獨立避雷針引下線上形成的高電位對被保護物體造成反擊，就必須做到合理使用、正確安裝獨立避雷針。

首先，要清楚獨立避雷針對直擊雷防護的實質，即利用其自身的“引雷”效應，來實現(xiàn)對附近物體的保護。所以在使用獨立避雷針之前，要充分論證其安裝的必要性，有必要的時候安裝，沒有必要時則不要安裝，避免“花錢找雷打”。

其次，在獨立避雷針安裝過程中，要尤其注意其保護范圍的確定。其保護范圍除了由傳統(tǒng)滾球法確定的保護外邊界之外，同樣還應包括由防止雷電反擊理論計算而得出的保護內邊界。除了保證獨立避雷針地上部分的引下線與被保護物保持一定的安全距離之外，還應保證其地下部分的接地裝置與被保護物的接地裝置保持一定的安全距離，使整個被保護物完全處在獨立避雷針經過修正后的保護范圍之內。

[1]鄭江，林苗.關于將避雷針更名為引雷針的建議[J].建筑電氣，2007，（2）：64.

[2]應洪正，陳正明.避雷針設置不當造成的雷擊事故例[J].建筑電氣，2005，（2）：32-35.

[3]林維勇.GB 50057-94（2000版），建筑物防雷設計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2001：82.

[4]曹和生，吳少豐，匡本賀.GB/T 21431-2008，建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2008：54.