[原创]关于绝缘防雷工程的几点想法与自我批判

旷怡

[watermark] 虽然绝缘防雷的理论和论据还在争论之中，但经常听到关于此问题的争论，难免不会有些想法，索性放到坛子里面，人多了，思路也就打得开了，也不怕会不会犯些低级错误，请防雷圈子里的各位帮忙指教，拍几个砖头也可以。不把心里话说说，不把一些问题疙瘩解开，我心里憋得慌，老是不舒服。请各位指教：
一、工程理论基础：
1、云地闪的发生过程——
A阶段：先由雷雨云对地放电：击穿空气，使空气电离，产生主放电通道，雷电电流经由通道对地放电。即下行先导放电阶段。
B阶段：同时地面建筑物或构筑物由于与大地连通，且具备一定的地理、地质或自身构架等条件，通过感应，对云层的下行先导放电作出反应，将大地中的电荷相对集中起来，
通过上行先导与雷电流的主放电通道接通，建筑物被雷击。
2、绝缘假设——
C阶段：在以上所提到的B阶段中，将建筑物或构筑物通过下文的“绝缘工程方法”与大地绝缘，由此阻止建筑物通过感应将大地中的电荷相对集中起来，阻止建筑物通过上行先导与雷电流的主放电通道接通，由此防止建筑物被雷击。
3、问题——
绝缘防雷争论里面的“绝缘”究竟是一个什么概念，接地电阻大于30欧？50欧？100欧？20000欧？
绝缘的范围是哪些，建筑物与地？在雷电流放电通与建筑物之间道某处绝缘？还是。。。。。。？？
。。。 。。。
。。。
二、绝缘工程方法猜想
1、说明：本文所指的“绝缘”是在雷电放电通道、建筑物、大地三者之间某处的“绝缘”，绝缘材料电阻值达到某一数值（有待指教与讨论），具体方法如下。
要通过工程方法将建筑物与大地绝缘，有以下几种方法：
A：（建筑物同时与雷电放电通道、大地两者的绝缘方法）修建建筑物时，将建筑物主体自身的材料用绝缘材料。——但几乎没看见过用绝缘材料修房子的，但即使真有这样的材料和建筑物，那么在雷雨天也会由于雨水浇淋在建筑物表面形成雨水层流入大地使建筑物表层与大地连通，那会不会通过雨水层发生上行先导而起不到在建筑物的表层“绝缘”的作用而使建筑物被雷击呢？
B：”（建筑物与雷电放电通道绝缘的方法）在建筑物上方设置绝缘保护层，更确切说应该是绝缘保护“伞。通过它来阻止建筑物通过上行先导与雷电流的主放电通道接通。——但做“伞”的材料应选用多大的电阻及击穿电压来阻隔雷电流的主放电通道，这倒可以比较空气在雷雨天的击穿电压，至少要比承受的击穿电压要比空气的大吧。然而“伞”的面积应该多大，有效绝缘保护范围多大、怎么计算，都是新的问题。再则，即使这些问题都解决，但工程成本和装避雷针避雷网相比，究竟性价比又如何。在建筑物造型设计、建筑美学上又有什么新的要求，会不会都建的像深圳的市民中心那样有个“大伞”在上面。那成本可就吓人了。
C：（建筑物与大地绝缘的方法）在新建筑物开工前，在地基处设置一连续无间的凹型绝缘保护层。相当于先将一个超大号的塑料盆陷入大地，但边缘不要被大地填埋，再将建筑物放在此盆中，地基也建在绝缘盆里。通过它来阻止建筑物将大地中的电荷相对集中起来，阻止建筑物与雷电流的主放电通道接通，由此防止建筑物被雷击。 但问题是这样的地基绝缘工程也会面对如绝缘材料、工程施工、性价比等等一系列问题，怎么解决呢？有没有更好的解决方法？有待研究？
三、小结
综上，绝缘防雷的工程运用存在很多待解决的实际问题，这些问题涉及的方面也很多，难度也不小，且绝缘防雷似乎仅使用于建筑物直击雷的防护，其应用前景也是一个未知数，请各位指教，谢谢。

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通天雷神

不想说话。仅仅列举几篇文章。有兴趣者，自己可以去想。

通天雷神

绝缘避雷的过去、现在及将来

——空军装备研究院航空气象防化研究所防雷中心

江明礼

1 绝缘避雷是我们祖先的伟大发明
据台湾大学物理系主任林清凉博士和中国科学院戴念祖研究员合编的《电磁学》一书中介绍，我们祖先在防雷方面有两大贡献：一是引雷入地，二是绝缘避雷。
关于引雷入地。书中说到，300多年以前，来华传教士、葡萄牙人安文思（1609~1677）在《中国的十二大奇迹》一书中叙述了中国建筑特点和渊源，他说，屋顶脊吻龙上的金属条一端插入地里，这样，当闪电落在屋上或皇宫时，闪电就被龙舌引向金属条通路，并且直奔地下消散，因而不致伤害任何人。他的记述比美国的富兰克林在1752年提出用避雷针保护建筑物的建议要早一个世纪。
关于绝缘避雷，《电磁学》中写到，山西应县木塔建于1056年，高67米，其中铁刹长14.21米，塔刹分别用8条铁链系于各屋脊端加以固定。这一建筑历经近千年，但未被雷电烧毁。近年的研究表明，该塔是建于周围绝缘极好的地基之上，具有“绝缘避雷”的机制。
2004年，中国气象局的防雷工程专家王雪森高工到浙江宁波的天童禅寺，发现该寺也是采用的绝缘避雷。随后清华大学的虞昊教授闻讯立即赶去观察，进一步证实处于高雷区的这一千年古寺具有绝缘避雷机制。王雪森先生多次提到，四川自贡盐井的木塔架高数十米，经历数百年不是也没被雷击坏吗？目前，我只知道这三处古建筑有绝缘避雷的机制。
有些防雷专家反对绝缘避雷，不承认那些有千年实践检验的绝缘避雷的机制。相反，却把古建筑物遭雷击的责任，统统算在绝缘避雷的帐上。我们说古建筑防雷有三种情况，一种是引雷入地，一种是绝缘避雷，还有一种可能是什么措施也没采取。因此不能把古建筑的防雷和绝缘避雷划等号。还有一点要说明，现代人在古建筑物内装设电灯电话，砍伐附近高大的树木等破坏了原有的防雷机制，由此遭受雷击就更不奇怪了。
2005年春节前，中国气象局防雷委员会召集在京委员和一些防雷专家开会，会上有人用河北定兴古塔没有装避雷针而遭雷击的事例来说明绝缘避雷行不通，对此我有两点质疑：一是该塔是砖结构的，谁曾勘测得出它是绝缘避雷的机制？砖是绝缘材料吗？二是雷从上面打下来打在塔底的一个金属构架上入地。显然这个金属构架是近年安置的。它肯定破坏了原有的避雷机制。怎么能把该古塔遭雷击作为典型事例要否定绝缘避雷呢？这是否有些太牵强附会呢？
我们一再强调：“古建筑的防雷≠绝缘避雷！”既然那些从来不承认我们祖先发明了绝缘避雷的人，怎么当古建筑物遭雷击的时候，却都变成了绝缘避雷的错而加以批判呢？请问，这应用的是什么逻辑呢？

2 现代的绝缘避雷正处于“论战和应用并举的阶段”
反对绝缘避雷者的主要观点是认为：雷击避雷针、地物和防雷装置上的电压高达107~108伏。假如这一结论成立的话，则会出现许多不可思议的现象：
⑴ 雷电流将超过世界所有的书中所说的最大电流。因为，避雷针对地电阻一般不超过10欧，如果107~108伏电压加上去，则电流应该是106~107安培，也就是说是1000kA~10000kA，请问世界上有这么大的雷电流吗？
⑵ 装有避雷针的建筑物内的人们将有生命危险。如果避雷针距楼内人群的直线距离按50米计算，每米空气的击穿电压按300万伏计算，中间包括墙壁和空气，那么在107~108伏的高电压下，楼内所有的人都会有生命危险。
⑶ 被雷击致死的人将尸骨无存。如果雷击人体的电压高达107~108伏，那么死者不可能有完整的尸体，不会像现在大多数尸体那样只是脚上穿一个小孔或只是部分衣服烧毁。
总之，那种说雷击避雷针或地物的电压高达107~108伏的说法，既无理论根据亦无实践支持，以雷击避雷针的电压高达107~108伏作为否定绝缘避雷的前提，是否合适呢？
人们接着会问，那你说雷击地面物体或避雷针上的电压是多少呢？
我认为先应看一看落地雷的雷击过程。
在几平方公里或几十平方公里的雷雨云下，有众多的向下延伸的成树枝状的电荷群。受雷雨云的感应，在地面物体会出现异性电荷向上发展成为数以万计的成珊瑚状高低不等的电荷群。这个电荷群就形成了地面的电屏蔽层。根据大气物理所孙景群先生编的“大气电学手册”和国内外大量电场测试仪的实测资料，近地面的电场强度一般不超过20kV/m，这时加在20米高避雷针上的电压，绝不会超过20KkV/m×20m = 400kV；而加在2m高的人体上的电压不会超过20kV/m×2m = 40kV（由于避雷针和人体的介入，该处的电场强度要远小于此值）这是雷击发生前的情况。
当上下先导距离足够近时，它们两点之间可能出现的107~108伏的高电压，就会击穿空气。形成雷击。产生60V/cm左右的电弧通道。这里要特别注意两点：一是107~108伏的电压是加在上下先导之间的高空的，并不是加在地物上的。第二107~108伏的高压在击穿空气时就会立即消失，变换成为弧光通道的大电流。这时加在20米避雷针的电压应该不超过60kV/cm×20m = 120000V。
上面我阐述的观点和计算的数值与雷击地面发生的现象可能是比较吻合的。是否正确还请大家发表意见，哪怕认为我的观点是一个大笑话而加以批评纠正，我也欢迎。终究真理是愈辩愈明的。
反对绝缘避雷者的另外一个原因是没有弄清绝缘避雷与绝缘抗雷两者的区别。根本就没弄清绝缘避雷的特殊涵义。他们认为“绝缘避雷是用绝缘材料挡住雷电，是串联电路的概念”。这种绝缘避雷的概念确实站不住脚，我也赞成批判。不过说清楚，这是他们所谓的“绝缘避雷”概念。
我们反复强调，绝缘避雷也是利用国内外防雷界公认的“雷电总是从电阻最小处入地”的原理，只不过富兰克林用的是电阻最小来引雷入地；而我们应用的是电阻最大来躲避雷击。该原理表明，雷电选择什么通道入地或者说袭击什么目标，是在比较中产生的，在几平方公里到几十平方公里的雷雨云下有数以万计的目标可供选择，谁的电阻小就袭击谁，相反，谁的电阻大就不袭击谁。如果雷电不袭击电阻小的而去袭击绝缘电阻大的，那么富兰克林的避雷针也就失去作用了。用电荷面密度和电场强度来解释绝缘避雷也一样，用绝缘材料覆盖被保护物，使其面密度、电场强度减少，同样也能减少雷击概率。
绝缘避雷主要发挥作用是在雷电发生前的形成阶段。目的是在雷雨云来临时，阻止地面感应电荷通过绝缘材料形成上行先导，以达到躲避雷击的目的。因此它可以说是避免雷击的“预防”措施。而不是在雷击发生时去阻挡雷击。这两个阶段的性质完全不同，对绝缘材料的要求悬殊也很大，这和预防疾病和治疗疾病的区别有相似之处。绝缘避雷绝不是要用绝缘物去抗击雷击，更不可能放在高空中去阻挡上下先导之间雷击的发生，有人说我们做的试验是雷击选择性的试验，“不是绝缘避雷的原理试验。绝缘避雷的实验应该把雷电脉冲电压直接连接在绝缘物上。这种绝缘物的脉冲电压实验是我们取得绝缘物安全隔离距离数据的重要手段。”显然他说的是一般绝缘物的耐压试验，根本不是绝缘避雷原理的试验，也谈不上是雷击试验。绝缘避雷的试验就是要做雷电的选择性实验，因为这是雷电与一般高压电路最重要的区别之一。把雷电脉冲（按反对者的观点是107~108伏）加在避雷装置上做试验既无可能，也无必要。请问先生在防雷装置上做过这种试验吗？107~108伏的高压又是从那里找来的呢？当然谈绝缘避雷也必须给出绝缘物的绝缘电阻值和和耐压值，要根据需要和可能以及经济效益等综合因素来考虑。一定要和雷击地物的值基本吻合才行。绝缘避雷是有条件的，绝不是万能的。全国著名防雷专家刘继教授曾说绝缘避雷在一些特定条件和特定环境下是可行的。他曾多次提出让我把金属杆的伞改为绝缘材料的伞，以减少雷击的伤亡。
反对绝缘避雷者认为：雷电总是要入地的，绝缘避雷没有接地怎么能行呢？弄清了上述问题，这个问题自然就很好解释了，在用绝缘避雷保护的物体周围有数以万计的目标可供入地。正因为用绝缘避雷保护的物体没有入地通道，电阻很大，才起到了躲避雷电袭击的作用。正因为它有不接地的突出特点，因此会存广阔的应用前景。
谈到绝缘避雷原理的实际应用，有两个重要事例必须谈到：一个是中科院庄洪春发明的等离子避雷装置，和一个是本人发明的雷电防护鞋和雷电防护衣。
等离子避雷装置能及时准确地产生与天上雷雨云相同极性电荷，以抵消原有的感应电荷，从而达到削弱原有电场，起到躲避雷电袭击的目的。这一奇思妙想非常有意思，这一创新原理也是完全站得住脚的。该装置在强雷的西双版纳设置了10个点进行了一年的实践，效果明显。全国著名的防雷理论专家，清华大学物理系的虞昊教授主持了鉴定会，随后这一成果又在汉城国际博览会上获得了联合国颁发的特别金奖。
我所研制的雷电防护鞋和人体雷电防护衣均已获得国家知识产权局颁发的实用新型专利证书。为了证明绝缘避雷的可行性，我们曾在地凯公司1200kV直流高压下进行了试验。为了获得高绝缘电阻和高耐压的橡胶，我们用两年左右的时间首先研制了多种纳米材料制成的橡胶添加剂。并进行了小批量防雷鞋的试生产。该产品经过国家劳动保护用品质量监督检验中心和北京雷电防护装置检测中心的严格检测，绝缘电阻高达200GΩ，耐压超过15000伏。
2005年2月，由虞昊教授编写清华大学出版社出版的“现代防雷技术基础”（第二版）问世。书中第217页指出，若人站在地面上遭雷击，必是人体把地面各处的感应电荷集中到人身上，人身上最尖处首先发出了迎面先导。如果人的双脚穿上绝缘良好的鞋，与导电的地表面是被绝缘物隔离的，则人体的任何部位的电荷面密度均大大降低了，绝不可能从人体发出迎面先导。最近，空军气象研究中心已研制出耐高压又绝缘电阻非常好的鞋，可以进行实验和实践的检验了。

3 绝缘避雷前途无量
绝缘避雷既是古老的，又是现代的。无论是它的理论或者它的应用，均有广泛的发展空间，我想至少在以下三方面是大有可为的。
一是人体的雷电保护。我们强调以人为本，在防雷界应该更多关注人体的雷电保护。2004年全国雷灾死亡人数高达770人。绝大多数都是青壮年劳动力，可以想象会给多少家庭带来悲伤和损失。用绝缘避雷的思想并研制更多的人体的雷电保护用具，如雷电防护伞、雷电保护帐篷、再加上推广防雷鞋，防雷衣，肯定能避免或减少人员的伤亡。这是科技造福人类的创举。
二是建筑材料和建筑物的防雷将有新的发展。如高绝缘的橡胶卷材、避雷雨亭等。我不反对装避雷针、避雷带，但是一定要考虑到把雷引下来对电子设备的影响。根据区域防雷思想并考虑周围的环境，有不少建筑物完全是可以用绝缘材料覆盖的，它既可避免直接雷击又能减少感应雷击对电子设备的损害。
三是电子设备的防雷，特别是高山的无线电基站、雷达站等，这些地方敷设地线困难，花费也很大。绝缘避雷可能发挥较大作用，在这里有两点要强调：一是通信设备并不一定要接大地。我们飞机上的通信设备就没有接大地。二是天线是可以用绝缘物覆盖的，不少高山雷达站的防风罩就用的是玻璃钢，我们很多沿海的无线电天线，雷达天线都涂有绝缘漆，它并不会影响天线的发射与接收的效能。至于电源线和信号线的不接地问题，可以用隔离变压器和光电隔离器予以解决。天线铁塔引雷也可用聚甲醛或玻璃钢等绝缘材料制成。这些新措施采取后，无线电基站遭雷击的事故肯定会显著减少。
当然以上只是一些设想，如要实现还需要一步一个脚印，踏踏实实做工作。它既需要大量经费的支持，相信也会有丰厚的回报。
现在人们的“绝缘避雷”持有不同意见甚至争论，这是难免的，只要它能促进我们事业的发展，有什么不好呢？

通天雷神

http://www.asp.cn/cgi-bin/21/topic.cgi?forum=13&topic=167

本论坛的一段话。

通天雷神

“绝缘避雷”是一种迷信
中国科学院电工研究所 马宏达

摘 要：讲述了中国古建防雷的技术要点；讨论了现代防雷技术的进步脚步，说明“绝缘避雷”和消雷理论的错误以及系统防雷的思想。

关键词：建筑物防雷 雷电电磁脉冲防护 系统防雷

一、从古代建筑物防雷谈起

我国人民政府对古代建筑物的保护和利用很重视，在王时煦先生的指导下我们曾进行了40余年古建防雷的考察和研究。有故宫博物院防雷研究的基 础，我国古建防雷是有章可循的。现在有人倡导“绝缘避雷”，并力图把这种没有科学根据的技术用于古建防雷，所以我们要首先破除“绝缘避雷”的迷信。

我国古代建筑多为砖木结构，它本身具有绝缘的性能，但是这不能阻止古建遭受雷击。大屋顶飞檐结构的宫殿遭受雷击常发生在房角和檐角处，在房角下方的木立柱常被雷击爆裂和烧毁，这处立柱称 为“雷公柱”。故宫在历史上曾多次遭受雷击并发生火灾，在解放后故宫开始安装防雷装置，凡装有防雷的建筑物都得到保护，而没有安装防雷的建筑物仍有雷击事故发生。所以故宫 博物院决定要在所有重要的房屋上全部安装防雷。故宫采用的防雷装置就是常规的避雷针、避雷带和避雷网，以及常规的引下线和接地体。北京地区的防雷装置通用钢材制造，只有故 宫采用铜合金制造，这是为了减少因为腐蚀而翻修的次数；但从减少北京市总体地下钢材的腐蚀效应考虑，我们不提倡普通建筑物也采用铜合金和“铜包钢”的材质做接地体。

我们曾经听说古塔有整体是砖木结构的，也有宝顶（金属体）下有铁链或铁杵接地的。但是我们一直没有见过后者的实证。文[1]称山西省应县木塔有金属塔刹，“塔刹全为铁件 制成，中心有铁轴一根，插入梁架之内，周围设8根铁链系紧”。文[1]的情况应查实并测量铁刹的接地电阻与测量铁链间的连接电阻，如合于防雷规范要求可用于内置引下线和接 地体。塔顶的易受雷击的部位应装设避雷带，如果内置铁链和铁刹的电阻值不合防雷规范要求则须补做引下线和接地体。

按照古建管理规范，古建内不得引入火种，如电线、煤气管线等；现在多处古建被利用做展览馆，从而引入了各种电气线路（报警、测控、通信和电源等），那就必须做好雷电电磁 脉冲防护的工作。

“绝缘避雷”的错误就是它没有考虑大气雷电必须泄放入地的问题。大气物理学家告诉我们：地球上每秒钟大约发生100个闪电，其中约有20%是云向地面输送负电荷的云地闪 电，每次云地闪电向地面输送约20-25库仑的负电荷，相当于每次闪电电流约有400安培之多。地球电离层和地面间有300kV的大气电场存在，电离层带正电，地面带负电 ，闪电就是大气电场的充电机。地球总共带有54万库仑的负电荷，而大气中自上而下流有约1500安培的晴天离子传导电流，此外，还有地面尖端放电电流和降水电流。它们与闪 电电流互相平衡，维持地面电荷总量基本不变。人们可以控制地面雷击的部位，但是不能阻止雷电对地的放电。根据闪电总是向电场强度最强的地方发展这一原理，控制物体表面电场 分布，使电场强度最大的地方截击雷电；而使电场强度弱的地方免于雷击。避雷针能够截击闪电就是这一原理的运用；“等离子避雷[2]”则是使物体表面电场强度减弱，从而减少 雷击的一种举措。“等离子避雷”必须与特定的接闪防雷装置配合才能发挥其保护作用，在这种组合的防雷系统中给下行闪电以特定的安全的入地通道。“等离子避雷”是一种新的预 防直接雷击的方法，我们希望它取得进展和成功，任何新事物都要克服许多困难，所以我们当前不宜过早地加以评说。

二、防雷技术进步的脚步

人类了解自然现象本质及其发展变化规律是逐步地和反复地在实践中认识的。事物在不断地发展，人类的认识也随着加深和扩展。在这一演进过程中， 人们通过分析和综合把已有的认识“一分为二”，保存合理的部分，淘汰不合实际的部分，去粗取精、去伪存真，从而达到认识的更高的层次。以下是对几项防雷技术的辩证认识分析 举例：

1. 进线防雷重要性大于直击雷防护

根据雷击事故统计，（80-90）%的雷击事故是由电气线路传导的雷电电磁脉冲造成的，直接雷击事故在雷击事故数目中约占（10-20）% 。因此，我们曾提出雷击事故多发区（包括城乡和农村）的建筑物都应重视做进线的防雷[3]，而不论是否安装直击雷防护装置。任何直击雷防护的方法都不能代替进线的防雷保护，后者现在称为雷电电磁脉冲防护。我国学者开展了消雷器的研究和大讨论，这些资料集中刊登在1996-1967年电网技术杂志上。迄今为止，理论和实践未能证明消雷器和 其他市场上出售的各种非常规防直击雷产品具有比常规防直击雷装置更优越的性能。“等离子避雷”对于雷电电磁脉冲也没有保护效果。从系统防雷的观点看来，雷电电磁脉冲的防护 是现代建筑物防雷研究和发展的重点。传统常规的建筑物防雷经验成熟，投资少，可*性高，它们都要配合雷电电磁脉冲防护才能构成完善的防雷系统。某些非常规直接雷击防雷技术 的宣传中常以兼有防雷电电磁脉冲的性能说事，这是没有科学根据的。

2. 对避雷针防雷性能的辩证认识

上世纪50年代我国按前苏联的防雷资料设计建筑物的防雷，结果在房屋上树立了许多长支避雷针。它与我国的建筑风格很不不协调，远看到 处是变电所和危险品仓库。我们通过雷击事故调查和建筑物模拟雷击实验，提出了建筑物雷击规律和简易建筑物防雷设计方案，即避雷带和避雷网的设计原则[3]。这些研究成果都 已写入我国自订的建筑物防雷设计规范之中，从上世纪60年代以后城市建筑物上已经很少再看到长支避雷针了。但是在电力系统的构筑物中依然广泛使用避雷针防雷，这是由于客观 需要和实践经验证明它满足防雷需要。当避雷针通过雷电流时其附近的电磁感应效应特强，还有接触电压和跨步电压危险等问题。这些问题要在雷电电磁脉冲防护中给予特别地关注和 合理地解决。

3. 对接地装置防雷性能的辩证认识

现代防雷的接地不只要求一定的接地电阻值，更要求接地装置的结构合理：环形接地网要埋地敷设，地上的PE环线不能代替接地网；埋地 屏蔽铁管要与接地网相连，接地网和屏蔽铁管能发挥三维的散流作用。接地装置的合理结构能保证在雷击时建筑物的地电位整体浮动，并将其外传的过电压限制在几十米的范围内。建 筑物的电气线路有“电磁封锁”屏蔽的条件下，上述合理的接地网可以不限定其接地电阻值。建筑物内的电子系统接地的稳定问题要*正确的电磁兼容设计和施工来保证，其关键点是 要使电子地的连线上的电流为零。做接地技术和测量工作要有坚实的物理和实践基础。有人把防雷接地问题说得太难，甚至怀疑防雷接地的基本概念[4]。实际上广大城乡中的接地 工程并不难做，充分利用自然接地（如自来水管和基础接地体等）建筑物的防雷接地容易达到防雷规范的要求；个别山地的防雷接地电阻值确实难于达到规范的要求，也很难测准。这 些问题有资质、有经验的专家学者都能研究解决，正是会者不难，难者不会，我们不要把现实的工程问题复杂化。

三、不能混淆雷击选择性规律实验与物体雷击模拟 实验

主张“绝缘避雷”的学者提示我们，并排两个的秆子放在模拟雷电先导下进行放电实验，雷击总是击中金属秆子；而不对绝缘秆子放电。他们称这就是“绝缘避雷”原理 的证明。这种认识是错误的，这个实验是雷击选择性规律的实验，而不是物体雷击模拟的实验（即不是“绝缘避雷”原理的实验）。“绝缘避雷”的实验应该把雷击脉冲电压直接连接 在绝缘物上。这种绝缘物的脉冲放电实验是我们取得绝缘物安全隔离距离数据的重要手段。高电压学者对于这种实验应该很熟悉。那种混淆雷击选择性规律实验与物体雷击模拟实验的 认识犯了偷换概念的错误。

四、气体放电特性的启示

文[4]对山西省应县木塔铁刹的描述与文[1]不同，称该铁刹“对地是绝缘良好的”，“2002 年9月7日夜，有目击者见到应县木塔顶发生火光，……当时木塔曾遭受雷击”。文[4]宣称“辉光的出现是由于铁刹在雷雨云电场的作用下，必出现感应电荷，感应电荷产生的反 向电场抵消了雷雨云电荷产生的外电场，……雷雨云出现下行先导之前，表明它的电场强度小于空气的击穿强度，则铁杆上、下端的感应电荷所产生的电场更小于空气的击穿场强，因 此金属杆尖端不可能发生火花放电，只能是辉光放电” 。然而，该文没有说明“雷雨云出现下行先导之后”铁杆上、下端的电场情况。当下行先导向下发展到一定高度时，铁杆的两端必然产生火花放电，进而产生弧光放电。须知雷电流 的脉冲幅值与接地电阻无关，它决定于雷雨云云体带电量的大小。内陆热雷云的带电量小于沿海锋面雷云的带电量，所以我国内陆地区的雷电流小于沿海地区的雷电流。雷电流的脉冲 幅值决定于雷电先导流注中储存的电荷量，当辉光放电电流增加到临界值就转入弧光放电，随后，电弧径向收缩，弧道中的温度迅速地提高，其纵向电弧电压降（即电位梯度）迅速降 低，电流值迅速提高达到雷电流的幅值，这就是主放电的过程。

“建筑物能否落雷取决于其是否接地，而落地雷电流的大小又与接地的良好程度成正相关”[4] 。这些错误的论断正是消雷学派的迷茫的根源。我们说，闪电是电流源，雷电流的大小与接地电阻无关，一些习惯于电压源的学者对这个观点总是不能理解。这个物理概念确实不好 建立，笔者不得不再罗嗦几句。雷电流的脉冲波决定于雷电先导流注中储存的电荷量，这些电荷量在主放电过程中变为雷电流，它的大小与接地电阻无关。地面落雷点的位置决定于下 行先导的走向和地面导电率的大小，即决定于地面电场强度最大的地方。山西省应县木塔铁刹如果“对地是绝缘的”，那么雷击时必然发生事故；没有破坏性事故发生说明，还未曾有 过直接雷击的事故。与富兰克林同时代做避雷针实验的黎赫曼，他就因为避雷针没有接地、对地绝缘，而被雷电击毙。农民扛着锄头在雷雨中行走被雷击事故多发，就已经说明“绝缘 避雷”的理论不对，这类的事件都可以用模拟雷击实验表演。中国科技管绝缘台的充电表演只是说，绝缘耐受高电压，然而这种高电压是设计好了的，在安全范围以内，它不是雷击的 高电压。文[4]的这个举例又是一种偷换概念的表现。

五、结论

1. “绝缘避雷”不是科学的理论，而是引起误导的迷信说法；

2. 我国古代建筑物的防雷已经有章可循，就是安装常规的防雷装置；

3. 电气线路进线的防雷（雷电电磁脉冲的防护）与直击雷防护同样重要，任何直击雷防护的装置都不能代替和兼管雷电电磁脉冲的防护。

参考文献

[1] 游雪晴，千年木塔应装避雷针吗？CHINA防雷，2004年第5期，第49页；

[2] 庄洪春等，等离子避雷球技术，雷电防护与标准化，2004年第3期第22- 27页；

[3] 王时煦，马宏达，陈首新，〈建筑物防雷设计〉（第二版），中国建筑工业出版社，1985年11月；

[4] 虞 昊，“接地电阻”的定义科学?吗，CHINA防雷，2004年第4期，第68页。

通天雷神

再论“绝缘避雷”不可行
中国科学院电工研究所 马宏达

摘 要：“绝缘避雷”是一个模糊而错误的概念，分析了几个有关的误解，说明了其所以错误的道理。
关键词： 建筑物防雷 绝缘避雷

《防雷世界》2004年第6期刊登文章(1,2)，对笔者“关于绝缘避雷问题的讨论”(3)一文表示疑问和异议，又有文再次提出“绝缘避雷”问题。对此方家光教授已经撰文给予澄清，我表示完全赞成。为了补充有关资料，笔者写出本文作为答辩，欢迎读者讨论和批评。
一 雷击下物体所承受的电压是107-108V吗?
文(2) 的作者同意雷雨云的电压是107—108V，但是不同意地物承受同样的高电压，因为包括避雷针和消雷器等也将承受这样的高电压。我们说，是的，地物和防雷装置上也将承受这样的高电压。这个问题可以大致地估算如下，雷电先导头部积存有几个库伦的电量Q，一般地物(包括避雷针和消雷器等)的固有电容C为108法拉，当先导头部的电量注入到地物上时，地物上的瞬间脉冲电压就是Um，Um=Q／C=100库伦／10-8法拉=108伏。
再从先导流注通道的电压降来估算，先导通道变成电弧放电时其单位电压降为5.5V／cm，云地距离为105cm，所以云地间的电弧电压降总计为105 V量级，雷雨云的电压为107—108 V，地物所承受的电压Um应为，107—108 V减105 V依然是107—108 V。避雷针和消雷器等屏蔽下的物体，它受到的是旁路耦合电压，决定于防雷导体的电感电压降和电阻电压降，那就不是107—108 V了。但是这种情况已经属于避雷针防雷的方式，而不是绝缘避雷的方式了。少长针消雷器和优化避雷针被雷击毁的事实告诉我们，它们确实遭受到107—108 V的脉冲高电压。
二 雷击选择性规律≠绝缘避雷
并排的两个物体，一个是绝缘体；一个是导体。它们在雷雨云下，后者容易遭受雷击；而前者较少遭受雷击，这是雷击选择性规律的表现。绝缘避雷的概念是用绝缘材料挡住雷电，是串联的电路概念(或者从上空、或者从地面串入绝缘材料)。雷击选择性规律≠绝缘避雷，这两者是不能混淆的。在没有并联导体存在的情况下，雷击打下来，串联的绝缘体上必然先产生电晕现象(这时它已经开始丧失其绝缘性能)，随后产生绝缘材料的表面放电现象或绝缘体的电击穿现象。我们说用绝缘材料不能阻隔高电压放电，这有大量的实验数据；这些实验数据是做防雷设计计算反击抗电强度所必须知道的。文(1)作者进行的并联模拟仿人雷击实验是雷击选择性规律的试验，它不能作为绝缘避雷的理由。
有人拿某些占建筑一时未曾遭受雷击说事，他们(以自己所知为准)只算未曾遭受雷击的，不计算曾经发生过雷击的；即便该建筑物已被雷击，他们依然坚持要绝缘避雷，例如山西应县木塔(4)。河北省定兴有一座古塔(砖塔)，也曾遭受雷击，曾被击去一角并有垮塌的危险，北京古建部门派专家用环氧树脂进行了加固，对该塔做了全面整修并安装了防雷装置。北京十三陵和故宫等古建筑群的宫殿历史上也曾多次遭受雷击，这些都有较详细的记载。
明朝，弘治三年(公元1500年)7月壬子,故宫午门遭受雷击起火；
嘉靖二十年四月辛酉(公元1541年)太庙大殿遭受雷击发生大火；
嘉靖三十六年四月丙申(1557年)雷击三大殿、午门、文武二门及奉天门等均被焚毁；
万历二十二年六月乙酉(1594年)西华门遭受雷击起火；
祟桢十六年六月二十三日(1643年)奉先殿雷击着火；
清朝，乾隆四十八年六月癸亥(1783年)体仁阁遭受雷击火灾，等等。
解放后，人民政府对古建筑的保护非常重视，在故宫的主要建筑物上安装了避雷针保护，凡是安装了防雷装置的宫殿均得到安全保护。1985年起我们在王时煦先生指导下，会同故宫博物院古建部专家进行了十几年的调查研究、雷击模拟实验研究、防雷设计、工程施工和检测。在制定故宫防雷规划过程中，当时未被安装防雷的宫殿又屡次遭受雷击，我们认识到必须全面地实施防雷，但是这又不现实。到现在为止，我们只写了外部防雷的总结报告。王老、于悼云和白丽娟合写了“故宫博物院的防雷历史与经验总结”（6）。由于故宫的雷电电磁脉冲防护是由公安部某技术部门做的，我们未能做故宫博物院防雷的全面总结。以上事实说明，古建防雷研究工作是件细致而艰苦的工作，要深入实际调查核实，知道多少就说多少。不能看了几本书就对古建防雷指手画脚。古建筑中的“雷公柱”是位于两侧山墙中部的顶梁柱。古建筑的房角的雷击率最多，它下边的顶梁柱遭受雷击损坏的机率也最多。历史上雷公柱经常遭到雷击而劈裂和烧毁，说“雷公柱相当于今天的避雷针的接地装置”（4）是错误的，这不符合事实。
对于古建筑群的防雷，需要对当地的地理环境做全面的调查研究，例如当地的雷电活动情况、建筑物的结构和使用情况，地下土壤的导电情况等等，我们对故宫博物院的防雷就是这样做的；对浙江宁波天童禅寺的大环境和实际情况我们都没有调查研究，就没有权力发表意见。按文（1）作者的论述，带电气溶胶对山坡树林放电，这可能是一种区域性防雷（7）的机制在起作用，但那也不能说明“绝缘避雷”是可行的。
三、绝缘避雷概念的模糊性及其宣传的危害性
绝缘避雷的概念具有很大的模糊性，容易令人想到市电的绝缘。1956年上海地区(包括市区、松江和昆山)雷击死伤多人(死亡71人，伤99人)，百姓中产生恐慌情绪和迷信思想。某地小学教师宣传了防雷知识说“绝缘可以避雷”，农民只知道木头不导电，结果一听打雷，有的人坐在桌子上，有的人爬在稻草堆里，有的人措手不及就把脚桶翻过来立在上面。有的宣传神秘化，说打雷时不能靠墙、不能靠柱、脚不能着地，结果弄得人人自危。文（1）的作者认为绝缘伞和绝缘衣可以防雷，这就不对了。因为躲在砖木结构建筑物中的人尚且不能避免雷击的危险，在旷野中打着绝缘伞和穿着绝缘衣更不能保证不被雷击。穿着绝缘靴的人较比光脚的人能避免跨步电压的危害，这是因为地中的土壤形成一道旁路，人身所受的电压不是雷击的全部电压。
建筑物防雷的概念是清楚、明确的，它的原理是引雷入地和对室内的人和电气设备隔离绝缘。在早期的防雷设计中曾广泛地采用独立避雷针，对建筑物的隔离距离为3m。现代建筑物的防雷则较多地采用避雷带和避雷网。现在有人提议独立避雷针对建筑物的隔离距离改为5m，这是考虑了雷电的电磁感应对室内电气设备的影响。智能建筑物的防雷则采用法拉第笼、接地网、屏蔽布线等等防雷电电磁脉冲的措施。随着电讯时代的到来，防雷技术获得了极大地发展，现代系统防雷工程可以保证建筑物内的电气系统(包括电力、电讯和自动控制)的安全运行，不必拉闸断电。然而有人无视这雌进步，奇怪地要我们回到“绝缘避雷”（4）的时代!
四、现代防雷的原理是引导与隔离
通俗地讲解，防雷和治水是一个道理，要疏导和堵塞相结合，用技术语言说是引导加隔离。现在进入信息时代，几乎所有的建筑物都离不开电源和通讯线路，雷电侵入建筑物的渠道不只是直接雷击，还有通过天线、电源线、通讯线和金属管道，所以要进行系统防雷。大气物理学家告诉我们，发展成熟的落地闪电是不能阻止和消灭的，雷击总会击中地面某处释放掉它的能量。雷电先导流注在高空不受地物的影响，当它延伸到距离地物50—150m时，就要受到地面电场分布的影响。先导流注将向着电场强度最大的方向发展，避雷针和避雷带的引雷原理就是它们具有最大的电场强度，就是电场理论的应用。平屋顶的中部的电场强度比其屋顶边檐(或女儿墙)处的电场强度小两、三个数量级，所以我们建议在平屋顶的边檐处安装避雷带或在房顶的四角安装避雷针。这是控制理论在防雷中的应用，也是电场理论在防雷中的应用。我们建议的建筑物易受雷击的部位的分布图也是电场理论的应用。文（4）说的(“场”与“路”之争)都是妄加指责，就是“等离子避雷”也得给落地雷一个落脚点(引导雷电流安全入地的装置)，否则它绝不能成功。
文（4）对防雷接地问题提出质疑，他说获得低接地电阻值特别难。我看他把问题夸大了。现在人们明确了共地是防雷工程最合理的选择，可以充分利用自然接地体和接地管线降低接地电阻。所以在城市中的防雷工程做到低接地电阻值并不难；在山地、卵石地带获得低值接地电阻确有较大的困难，但是有做大接地网，采用降阻剂，进出线采川埋地铁管敷设等等措施，可以解决问题。然而用文（4）作者建议的“绝缘避雷”的办法是决然不行的。正如大气物理学家郭昌明先生指出的（8），要使被保护系统不产生上行先导，就要使这系统各处的电场在雷电先导临近时都低于一定值。如果这并不是件不可能的事，也是一件难以实际作到的事。迄今，没有真正成功的个例。
五、结论
1．中国的古建筑绝大部分是木结构的和砖木结构的。这些建筑物在历史上曾经遭到多次雷击，北京故宫的建筑群就屡次遭到过雷击，这是有记录可查的。那种古建筑有“绝缘避雷”性能的传说是讹传。
2．发展成熟的落地闪电是不能用绝缘阻挡也不能消除的。
3．现代防雷的原理是引导雷电流人地并保证人身和电气设备的隔离安全。

参考文献
1 江明札，绝缘物上出现电晕现象和发生雷击是一回事吗？防雷世界，2004年第6期，61—62页
2 江明札，雷去下物体(包括避雷针和消雷
器等)所承受的电压是107—108V吗?防雷世界，2004年第6期，63页；
3 马宏达，关于绝缘避雷问题的讨论，防雷世界，2004年第2期，57-58页；
4 虞 昊，用避雷针还是用等离子避雷技术?——信息社会防直击雷的思考，雷电防护与标准化，2004年第3期，101—107页；
5 方家先，绝缘避雷可行吗?防雷世界，2004年第6期，57-60页；
6 王时煦，于倬云，白丽娟，故宫博物院的防雷历史与经验总结，《中国紫禁城学会第三次学术讨论会论文提要汇编》，中国紫禁城学会，2000年10月，65页；
7 马宏达，山区电网防雷的新概念——区域性防雷，1995年第7期，43-46页；
8 郭昌明，防雷技术中的争论之我见，CHINA防雷，2003年，11—12期，33—36。

通天雷神

http://www.asp.cn/cgi-bin/21/topic.cgi?forum=13&topic=173

需要马老师的这篇文章可这里下栽。

旷怡

谢谢雷神先生。

通天雷神

客气。职责所在。

包租公

不能某个建筑物没有遭受雷击就认为绝缘防雷可行，雷击本来就是不可预测的，没击中它只能说明它运气好！！哈哈