评《21世纪防雷科技的物理概念问题》

昆雷

本拟在《防雷技术精华区》发表一些贴子，不料我还没有那个资格，写好了贴子，发不出，只好作罢。而改在此发表。顺便再说一句，本想在那个区对有些贴子写回贴，发表一点讨论的意见，不料也没资格。
以下是我最近撰写的一篇文章，可能会在近期《防雷》杂志上发表，我先将其一部分在此先发表，以享诸位。

我国防雷科技急待解决的现实问题
——兼评《21世纪防雷科技的物理概念问题》

昆明昆雷电力科学研究所  梅忠恕

一、前言
虞昊老师在《21世纪防雷科技的物理概念问题》[1]一文中提出的几个物理概念问题并无新意。笔者认为每个上过正规大学，学习过电工基础和高电压工程的人都知晓这些物理问题。 有些物理问题，如金属的等电位和接地电阻，与别的客观规律一样，人们应该认识和了解它们，但是却不能做改变它们的事。防雷工程的理论与实践也无需解决它们。虞老师在此以21世纪的物理概念问题提出，不知何意？
是不是两百多年来防雷工作者都是在物理概念不清、稀里糊涂中度过的呢，因此需要把这些问题作为我国21世纪防雷科技研究的主攻方向予以解决呢？
我不认为这些问题是障碍我国防雷科技发展的主要问题。相反，如果追求对这些问题的解决会给我国广大防雷工作者带来困难。在我国防雷科技和工程中还有比这些问题更迫切需要解决和探索的问题。

二、防雷科技的几个物理概念问题
物理学是一切科学的基础，当然也是防雷科技的基础。但是，防雷科学的范围和所涉及的科学学科要比物理学宽广得多。正如马宏达老师在《学习防雷的基础功》[2]一文中指出的，现代防雷技术基础是高电压工程学，它包括电工学、电场学、电磁学、气体放电学、等离子体物理学、绝缘材料学、高电压试验技术以及过电压保护等，甚至还涉及气象、土壤、环境、电化学以及哲学等等学科。因此，防雷科技中的问题一般来说，是涉及多学科、各方面的原理和概念，还有一个工程的现实性问题。以下就虞老师提出的几个问题谈谈我的初浅看法。如有不妥，希望虞老师和读者不吝赐教。
1、金属等电位体问题
在防雷的工程实践中，用金属导体将需要等电位的部分联接起来，组成等电位体，这是即符合规程，又满足实际工程要求的措施。虞老师说得对，金属的等电位只是在静电场的条件下才能满足，当电场变化时，特别是在高频条件下，金属的等电位条件就不能满足了。让我们从哲学的角度来认识这个问题，金属导体的等电位是相对的，暂时的；而不等电位却是绝对的，经常的。正如一切物体的运动和平衡一样，平衡是相对的，暂时的；而运动才是绝对的经常的。物体的运动和平衡是辩论的统一，金属导体的等电位和不等电位也是辩论的统一。正如我们不能期望得到任何物体和事物的永久不变的平衡一样，我们也不能期望得到金属导体的永久不变的等电位。只要电场在变，金属中的电子就跟随着流动，就没有它的等电位。从这点观之，金属的不等电位不单是一个物理概念的问题，而是一个哲学的问题。
从另一方面来说，我们还能不能用金属作为等电位体呢？或者说，舍此我们还能用什么作为等电位体呢？
虞老师在这里是用物理概念来混淆哲学概念，混淆防雷工程的实际问题。
实际上，与其说我们是在利用金属导体的等电位特性，还不如说我们是在利用金属导体具有的趋于达到等电位的特性。即是说，每当外界电场发生变化以后，金属导体具有自动而快速的趋向于等电位的能力。我们在设计上要求获得较好的等电位体，就必须按实际需要选用一定截面的金属导体（如铜或铁），按最短的距离，用最良好的联接方式（焊接，或螺丝联接）施工，而不能马马虎虎凑合了事。
关于金属导体的等电位问题，与其要求我们的广大的防雷工作者（他们多数没有学习过高等物理学或电工学）去学习理解那些深奥的物理概念，还不如让他们明白，金属等电位体应该怎样设计、施工才能保证质量，满足要求。

2、接地电阻的频率特性
比较金属的等电位问题来说，接地电阻是一个更复杂的问题。影响接地电阻的因素更多。因为接地电阻不仅涉及电工学，电磁场学，它还涉及土壤、化学、气象、季节以及高电压的放电击穿等等。虞老师说得对，用直流电流和交流电流测量接地体的电阻是不同的，当用交流进行接地电阻的测量时，它还受交流电流的频率和大小的影响。这是因为接地导体在交流情况下具有了电感，而土壤颗粒之间又有了位移电流的缘故。此外，接地电阻在泄导雷电流入地时，还同电压的幅值和陡度有关。电压高了，土壤颗粒之间会发生击穿。不仅如此，接地电阻还同土壤潮湿情况、有无地中杂散电流以及测量方法和技术等因素有关。在众多影响因素中，哪一个是最主要的，得看当时当地的具体条件，否则谁也说不清。电磁场理论在这里或那里处于什么地位，虞老师也许也难说清。
在实际工作中，我们认识到有那么多因素在影响着接地电阻的数值，我们怎么办呢？要等到一个一个问题都搞清了再去工作吗？那肯定是不行的。怎么办呢？规程给出了对接地电阻的要求数值，这些数值是在考虑了上述各种影响因素，通过大量的实际运行经验（包括教训）在统计分析的基础上总结出来的。我们不能舍此另外去追求对物理概念的理解。
我以为，在实际防雷工程中与接地电阻的物理概念相比较，更重要的是教会防雷工作人员正确地测量接地电阻。近年来，我国的防雷队伍迅速扩大，新加入的人中不少人还不懂接地电阻的原理和正确的测量方法。有些人在测量一个大型接地网的接地电阻时仍采用测量单根接地棒的方法——40米打电流极，20米打电压极，用接地摇表一摇，读个数，好了！看到这些自视技术高人一筹，手握检测大权的人的工作，你才真为他们担心！到那时候，接地电阻的电磁场理论早已退居后位了。
不知虞老师提出这个问题的意图是什么？是否想设计一种变频的接地电阻测量仪，可以将接地电阻的频率特性测出来。
我不是说电磁场理论不重要，我也不是说电磁场理论不需要弄清，我是说，对于我们的防雷技术人员，知道接地电阻与频率有关，也就够了。还有许多比它更重要，更需要解决的问题。

3、落地雷是什么源
落地雷是什么源的问题的争论由来已久，但都无定论。我认为江明礼老师说得好，落地雷既非恒压源，也非恒流源[3]。但究竟是什么源，江老师欲言又止。我冒昧地补充江老师未说完的话，不知江老师同意不同意？我认为在雷击发生前，以及在雷电预放电过程中，雷云电场是一个直流源（电场）；而在雷击开始后，雷是一个电荷源，而且是一个变电荷源。本来嘛，雷电流就是云中聚集的电荷的释放，通过击穿的放电通道流向大地。在雷电流形成之前，电荷具有一定的数量Q，在雷电流开始的时候，雷电压和雷电流都很大，随着雷电流的泄放，电荷逐渐减少，雷电流和雷电压也就逐渐减小，最后它们都趋于零。
放电通道形成后，雷云电荷通过放电通道向地面泄放。此放电通道的电阻很小，但它还具有分布的电感和电容。雷电流在通过这个通道泄放过程中，又以电磁波的形式向外幅射电磁能量。这个通道是自天而降直到地面雷击点。它不与地面平行，因此其分布电感和分布电容不是均衡的。就以分布电容来说，它是自上而下逐渐增大的。这与长输电线路的情况有所不同。而且雷电流（压）是脉冲波形，而非稳态波形，更不是正弦稳态波形。因此要列出它的微分方程组是有难度的。笔者百思而不解，此问题可列入当前防雷科技的研究方向。

4、防雷科技与麦克斯韦电磁场理论
虞老师慎重其事地提出，21世纪防雷科技要建立在电磁场的理论基础上。试问，20世纪我国的防雷科技就没有建立在电磁场理论基础之上吗？如果说有些人，或有些防雷措施反映出对“场”的不明确那是可能的。我们就采用具体问题，具体分析的态度解决。何以要一概而论？
从防雷保护的三大领域（防直击雷，防感应雷，防电磁幅射干扰）来看，200多年来人们对避雷针的认识似乎还缺少了一点“场”的概念。避雷针接闪引雷，泄放雷电流，看似“路”的问题，其实还有“场”的问题。那就是避雷针在泄放雷电流的过程中，在向周围幅射电磁波能量。避雷针一方面保护了建筑物不受雷击，但同时又给现代实会中无所不在的弱电设备造成极大的危害。认识和接受“场”的概念，就要对直击雷的防护技术进行变革，开展新的研究。
而感应过电压（或称浪涌过电压）的形成本是一个“场”的问题，对电磁幅射干扰的屏蔽更是一个“场”的问题。人们在这两个问题上具有的“场”的物理概念似乎更多一些。

三、（略）

如果版主或坛主认为此文尚可，我同意将此文转贴到《防雷技术精华区》。

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不错

是该分享，其实先有理论在有实践和先有实践再有理论都是探索的道路！
已精华...

冻冬

看了梅先生的东西真是长见识,谢谢!

通天雷神

你03年就应该看：）

XOZONG520

我是新人...知道一些电工学...也知道一点高等物理,都是自学的...能给个完整版吗?可以的话加我QQ675018813    谢谢!