绝缘避雷的过去、现在及将来

jiang_ml

空军装备研究院航空气象研究所防雷中心主任
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14.2l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后置的。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来否定绝缘避雷呢?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，却都归咎于绝缘避雷的错而加以批判呢?请问，这应用的是什么逻辑?
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，则会出现许多不可思议的现象：
    (1)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？
    (2)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。
    (3)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，以此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?
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20kV/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   
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。没从根本上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目标，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。
相关主题链接：一种全新的避雷方法及装置
分析到位的，发放雷币和经验闪作鼓励。一条条的指出问题加以回复，合理，则一条条地发雷币和经验闪

yeti21

新人学习中

xinming

希望版主给一个正确的观点，免得人们被忽悠啊.......................................

georgel

我觉得绝缘防雷有一定的道理，而且就楼主所说，也有科学依据和应用实例，也阐述了在某些地方进行绝缘避雷比防雷接地相对好的地方。
我认为绝缘防雷可以应用，但最好和避雷（接闪器）结合起来用。我的想法是：比如我要保护某个建筑，那么我可以将这个建筑加强他的绝缘，该建筑使用绝缘防雷，而在适当的距离处，我安装一处避雷针接地引雷塔或者装置。这样子对需要重点保护的地区进行绝缘防雷，又可以再一定面积的雷电引入地下。
平衡是自然界的规律。全部都是绝缘防雷，这个雷不可能在天上不下来。
关键在于如何运用。

斯峰

防雷是一门科学这个没有人可以否定，但是科学的事情没有研究和统计又回到原来的原来感性的认识上。不知道这 ...
sdspd 发表于 2009-11-4 07:22

这年头，，就是这种状况了，万事利为先，真正的专家不多了。。。。。。。

guojun_200911

回复 1# jiang_ml


版主很用心啊

雷鸣电闪

LZ就是江民礼？？

sdspd

防雷是一门科学这个没有人可以否定，但是科学的事情没有研究和统计又回到原来的原来感性的认识上。不知道这个是进步还是后退！
还有现在好多的理论都是以利益为先导，科学次之。越是专家越能忽悠人！

PANZHIQIAN

防雷是个系统工程，要在所处的环境中分析防雷策略，绝缘避雷是可行的，关键在于古建所处的环境中，基础是否已绝缘？相比周围太高？

雷工

如果应县木塔内引入了市电必遭雷击，因为供电线路是接地的，易产生感应电荷，塔内装地震测试仪时就曾遭雷击，那是因为测地电等地震要素的探头是埋在地下深处或置于水中的。
    金属才能屏蔽电磁场，绝缘体是不能屏蔽电磁场的，绝缘体下的地面或物体如果不是电阻率很高，就会产生感应电荷，就会产生静电场，电场强度高到一定高度，就会使空气电离，就会出现上行先导；积雨云底下行先导的产生同理。当雷击发生时有何种绝缘体物能够阻隔呢？如果有，是否经济？因此绝缘作为一种防雷方法是不能用于防直击雷的。