王 光 龍

(中國(guó)人民解放軍91655部隊(duì), 北京 100036)

0 引 言

2014年4月4日在海南某站點(diǎn)發(fā)生一起造成大面積裝備損壞的雷擊事故,所幸未造成人員傷亡。該站點(diǎn)在2013年10月剛完成防雷工程整改建設(shè),新加裝某公司的“綜合有源+無源等離子CPLR拒雷裝置”(簡(jiǎn)稱“拒雷器”),并為通信機(jī)房建設(shè)新的工作地網(wǎng)。為何新加裝的“拒雷器”未能起到拒雷作用?新做的防雷工程未能起到保護(hù)裝備不受雷擊損壞的作用?

1 事故概況

2014年4月4日凌晨5∶10左右,海南某高山站點(diǎn)在毫無預(yù)兆的情況下突然響起一聲巨雷,通信隨即中斷,站上各值班部位立即關(guān)機(jī)停止工作。關(guān)機(jī)后雷電陸續(xù)不斷,但強(qiáng)度明顯減弱;6∶20,各部位裝備開機(jī),恢復(fù)正常值班;6∶30,有2個(gè)部位的值班人員上報(bào)裝備不能正常工作。站上立即組織技術(shù)人員對(duì)全站裝備進(jìn)行開機(jī)檢查,共發(fā)現(xiàn)11臺(tái)裝備受損而不能正常工作(不含移動(dòng)公司的受損設(shè)備),損壞的部件多達(dá)18件,是近些年來最嚴(yán)重的一次。11臺(tái)受損裝備分別位于5個(gè)建筑物內(nèi),包括“拒雷器”的室內(nèi)控制柜,控制柜電源部分的電容被擊得粉碎[1-2]。

2 事故原因初步分析

筆者于2014年4月10日與其他專家和有關(guān)人員對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考查,并聽取事發(fā)當(dāng)天在場(chǎng)多部位值班人員的情況匯報(bào)。據(jù)該站點(diǎn)當(dāng)時(shí)某部位值班人員介紹,隨著一聲巨響,可透過門窗玻璃看見雷電閃光,站上的通信隨即中斷?？梢詳喽ㄔ撜军c(diǎn)遭受到直接雷擊,雷擊通道就是該站點(diǎn)54 m高的微波鐵塔,而且是通過架設(shè)在該微波鐵塔上的“拒雷器”將雷電引入的?！熬芾灼鳌钡入x子體發(fā)散針管末端接閃痕跡如圖1所示。 位于鐵塔東側(cè)相距約4 m的通信機(jī)房?jī)?nèi)的PCM設(shè)備當(dāng)即受損,造成通信中斷?？匆娎纂婇W光的某值班部位在鐵塔的西側(cè),與鐵塔相距約40 m,其無線室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備均受損壞。架設(shè)在微波鐵塔上移動(dòng)公司的通信設(shè)備也遭受損壞。通過“拒雷器”室內(nèi)到室外的供電線纜將雷電流直接引入其室內(nèi)控制柜,造成控制柜電源部分的電容被擊爆[3-5]。

圖1 “拒雷器”等離子體發(fā)散針管末端接閃痕跡

海南島屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候,干濕季分明,一年中4月至11月為濕季,吹西南季風(fēng),降水豐沛,雷雨天氣多;12月至次年3月為干季,吹東北季風(fēng),降水少,雷雨天氣少。該站點(diǎn)的“拒雷器”是在2013年10月安裝的,安裝后經(jīng)歷的是海南島的干季,基本上沒有雷雨天氣,所以“拒雷器”也沒有異常表現(xiàn)。

其他部位設(shè)備受損的原因,一方面是電源等金屬線纜在雷擊過程中感應(yīng)的過電壓、過電流對(duì)設(shè)備放電所致,另一方面是直擊雷電流泄放過程中引起地電位瞬間驟升而對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的反擊所致。從現(xiàn)場(chǎng)可以看到,在通信機(jī)房所在建筑物南墻根,新敷設(shè)的工作地網(wǎng)入戶端裸露的地線對(duì)墻體有明顯的放電痕跡,此地線感應(yīng)到的過電壓至少在50 kV以上。地網(wǎng)入戶端裸露地線對(duì)墻體有明顯的放電痕跡如圖2所示。

圖2 地網(wǎng)入戶端裸露地線對(duì)墻體有明顯的放電痕跡

該站點(diǎn)由于架設(shè)“拒雷器”,因而在所做的防雷工程中外部防雷保護(hù)、內(nèi)部防雷保護(hù)都考慮不周,尤其是接地網(wǎng)、建筑物內(nèi)/外部屏蔽、雷電過電壓防護(hù)、等電位聯(lián)結(jié)、合理布線、安全距離等方面處理不當(dāng),以致在遭受雷擊后大面積設(shè)備受損。

3 非常規(guī)防雷裝置評(píng)述

該站點(diǎn)架設(shè)的“拒雷器”屬于非常規(guī)防雷裝置。該“拒雷器”(CPLR)廠家稱其集有源等離子防雷、消散陣(DAS)消雷器(LED)無源等離子防雷和富蘭克林的放電間隙式接閃器后備防雷三位技術(shù)為一體,可實(shí)現(xiàn)綜合防雷。這一說法明顯是錯(cuò)誤的。消散陣(DAS)消雷器(LED)已經(jīng)被實(shí)踐證明不能起到消雷作用,國(guó)家多個(gè)部委曾經(jīng)發(fā)文明令禁止使用消雷器產(chǎn)品;“拒雷器”的原理是通過有源產(chǎn)生等離子體去中和雷云的電荷,使之不與地面吸引的異性電荷放電而達(dá)到拒雷。其末端的等離子體發(fā)散針管本來是不接地的,但將其做了接地處理,成為傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針。該“拒雷器”最終的功能僅起到傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針的作用,故用戶沒有必要花費(fèi)高昂的費(fèi)用加裝。

該“拒雷器”產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)描述依據(jù)不明,甚至自相矛盾,其工作電源容量為1 kVA,每拒雷1次耗電1 kWh,即每拒雷1次時(shí)間在1 h左右,但給出的主動(dòng)防雷響應(yīng)時(shí)間僅為5 s;拒雷保護(hù)角為83°,保護(hù)半徑為8H(H為安裝高度),而拒雷保護(hù)范圍為傳統(tǒng)避雷針的64倍;每拒雷1次耗電1 kWh,卻能產(chǎn)生1015N/m3的等離子體,且范圍那么大。

等離子體由帶正電的離子和帶負(fù)電的電子,可能還有一些中性的原子和分子組成。等離子體在宏觀上一般是中性的,即所含有的正電荷和負(fù)電荷幾乎相等。僅靠雷云電場(chǎng)吸引(雷云為負(fù)極性時(shí))、上升氣流輸送以及雷云電場(chǎng)在地面感應(yīng)的正極性電場(chǎng)吸引就能將等離子體中的正離子、負(fù)電荷分離,且分別對(duì)雷云負(fù)電荷及雷云電場(chǎng)在地面感應(yīng)的正離子進(jìn)行中和、稀釋和均勻化,是沒有科學(xué)依據(jù)。

該“拒雷器”采用介質(zhì)阻擋放電(DBD)方式,電離空氣產(chǎn)生非平衡低溫等離子體,容量1 kVA的工作電源電離空氣能產(chǎn)生多少等離子體?足以去中和雷云電荷?再者,其介質(zhì)阻擋放電裝置安放在一個(gè)密封容器中,其內(nèi)空氣有限,空氣電離結(jié)束后如何產(chǎn)生等離子體?

從該站點(diǎn)遭受直接雷擊,而且是通過該“拒雷器”的等離子體發(fā)散針管接閃的事實(shí),可以證明該產(chǎn)品起不到拒雷作用。另外,在廣東某高山站點(diǎn)架設(shè)的“拒雷器”在2014年3月30、31日兩次遭受雷擊,造成約9件設(shè)備損壞,再次充分說明該“拒雷器”起不到拒雷作用。

4 結(jié) 語

國(guó)際電工委員會(huì)雷電防護(hù)委員會(huì)(IEC:TC81)于2003年10月出版的《雷電防護(hù) 第一部分:通則》(IEC 62305-1)引言中的第一句話就強(qiáng)調(diào):雷暴是自然天氣現(xiàn)象,沒有任何設(shè)備和方法能夠防止閃電放電。

目前,國(guó)際上沒有消雷或拒雷產(chǎn)品得到IEC雷電委員會(huì)的認(rèn)可。國(guó)內(nèi)也沒有任何一家非常規(guī)防雷裝置的產(chǎn)品通過國(guó)家氣象部門指定的檢測(cè)中心檢測(cè)認(rèn)可。消雷或拒雷作為防止自然災(zāi)害的一種方式,理論上是可以進(jìn)行試驗(yàn)研究的,其原理和實(shí)現(xiàn)方法還有待進(jìn)一步開發(fā)。

現(xiàn)行的綜合防雷不論是技術(shù)還是產(chǎn)品,都應(yīng)該符合GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和IEC 62305:2003的要求和規(guī)定,才能做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。