[推荐]过电压保护与防雷技术的历史、 现状和未来

通天雷神

过电压保护与防雷技术的历史、 现状和未来

——电信与电子设施防雷与EMC技术发展的展望

国家电力公司（100031）刘  继
 
1　前言
 
　　
电子技术和微电子学的发展极大地促进了电子设备的广泛应用，特别是促进了电信和自动化、计算机等电子设施的迅速发展。与此同时，由于这些设备对雷电的耐受能力的脆弱性、雷电事故的频度急速上升以及EMC问题不断出现，引起了人们对防雷技术的广泛关注，因此防雷队伍扩大，防雷产业骤增。从提高电信、电子设施防雷可靠性来看，这是一件好事。但是在新的防雷工作者中，也有一些人员，或因急于求成，或因缺乏专业基础培训的条件，在做了大量有益工作，甚至是开发不少优秀产品的同时，也因对防雷技术发展史缺乏了解而做出事隔几十年的重新“发现”和“发明”，甚至竟然获得专利，如90年代初的感应雷防雷器；有的把违反高电压基本原理的设计方案或装置当作重大发明，甚至用于重要工程或重大工程；有的据说观察竹林长期不受雷击，就以仿生新发明，认为其弯曲、拔稍上尖下粗和略称潮湿是有利放出电荷防止雷击的奥秘而申报第四、第五个专利，该发明家其余专利也大抵如此。更可悲的是我见之于堂堂正规书刊；有的把我国已成功应用了半个世纪的成功技术当作新技术，或当作是新的IEC的前沿技术；有的把40～50年前，我国已解决的问题又提出新看法和探讨(其中还有的是错误认识)；有的是70年代国内外已开始广泛应用，今天只将其最简单的初级形式移用于220/380V低压电源保护和电子器件保护，就当作是国外引进的最先进的东西加以介绍(甚至还介绍错了)。

对于青年防雷科技人员，不仅是如何帮助他们更快地成熟起来，而且还要热心创造条件，以利于后来者居上，这就要除了青年同志个人努力以外，我们这些年长的同行如何创造一个有利于新一代人快速发展的科学技术环境，这是当今值得注意的一个重要问题。我们这一批年长者，固然不该“求全”责难新人，也不该静坐旁观，更不该让人家都去重读一次高电压专业大学，或用有高电压硕士、博士学位者读一尺或几尺厚的书来令年青人望而生畏。本文的目的正是，不持消极旁观态度，而是以热诚之心，做一些我认为有益的工作——讲一点防雷技术的历史，善意指出不宜再做哪一类空中楼阁或沙上建殿之事；科学强调敢于怀疑、敢于创新，但对国内外已成功应用半个世纪的技术当作国外最新发明，或再从头探讨则是事倍功半、弊多利少。

作者因自1950年初开始从事我国第一个110kV输电线路设计(包括后来的110～220V的钢砼杆典型设计)和第一个22kV串联补站的设计，以及随后在1951～1952年担任我国自行设计施工的第一条220kV输电线路，即著名的506工程(长369km)的设计主审和技术指导，和220kV变电所防雷和接地的审核和指导，从而不可避免地必须及时解决好其过电压保护和防雷与接地问题。这些关键问题以高压电力部分为主，但也涉及电站的继电保护、自动化与通信设备，而且包括高压电力线对通信和信号线的危险和干扰影响这个以后70年代在国际上称为电磁兼容即EMC新学科(上述几个均为水利电力部获奖项目，后者为则我国四部一局同名协议的前身或兰本，作者因而破格升为工程师)[38]，因而当时要重点从事高电压专业的学习和研究[47][17][1][2][3][4][7]。

今天，出于对高电压专业中防雷技术的责任感和探讨市场经济新形势下，如何发挥老中青年防雷人员的各自优势以及传统的综合高电压人员与各部门各自领域的防雷科1技人员间的优势互补，形成我国新一代广大防雷科技队伍，逐步达到既有深厚的专业理论的基础，又能大力科技创新的密切合作的专业群体，充分利用现有现代化配套的诸多高电压试验研究设备以及计算机软件，以最好的先进技术和适用技术及时解决我们这个多雷、多山国家经济建设、国防建设和现代公共事业运营中遇到的防雷与EMC问题。
 
2　过电压保护与防雷技术、电磁兼容技术发展简史
　　
2.1　避雷针
　　
人类对雷电采取防护措施，最早可追溯到12世纪。我国湖南现存的岳阳慈氏塔(约在1100年重建)，自塔顶有6条铁链沿六个角下垂至地面上一定高度，可用来防止雷击损坏。有的古塔还将此类铁链沉入井，实现良好接地。几年前作者偶然在安庆调查一类似上述结构的古塔，六条铁链下垂到地面以上约1m，询向当地居民，也有说传闻说过去铁链沉入井中，问现在何以无井，均未能答。中国古代屋宇顶上的龙咀伸出舌须，或许是人们寄希望于防止龙抓(雷击)。据说，有的舌须根部用细铁丝直通地下，这可能是现代避雷针的雏形。1750年，美国B.富兰克林提出了以避雷针保护建筑物的理论和方法。此前，他冒生命危险用金属线放风筝飞入雷云中，证明了雷闪现象的本质是电。不久，俄国科学家罗蒙诺索夫和他的好友利赫曼也在雷云天，放风筝做试验。试验本身是达到了目的：由雷云从风筝金属线向大地放电，形成由人干预的向地直接雷击和主放电，即达到了“引雷成功”，而代价是太大了：科学家利赫曼为科学而牺牲，一起放风筝的罗蒙诺索夫幸免于难。(风筝试验的图略，见文献)作者认为，我们这些防雷工程师应当永远铭记这三位高电压和防雷先驱：

　　 富兰克林　罗蒙诺索夫　利赫曼

历史发展的辩证法常常是经历多少年后，再以更发展的形式重复某一事件。二百多年以后，作者于20世纪90年代初，作为特约专家，在北京主持我国中科院兰州大气物理所和解放军二炮合作完成国防重点课题《火箭引雷车研制与火箭引雷试验研究》的国家鉴定(任主任委员)，1997年又在电力部参加《火箭引雷试验》可行性论证专家研讨会，会后又应邀作为七位专家之一，为部领导写关于立课与否的专家意见，并由作者撰写七位专家的综合意见，直到不久前，在我所主持的2002年高电压技术与社会发展专委会学术研究会(2002.4.12－14，厦门)论文集中，国家电力公司广东省电力试验研究所等提供《火箭引雷对防雷装置试验》这一国家重点课题所取得的重要科研成果，将雷电先导的发展和向防雷装置定位及放电的现象(光学的和电的)和规律，在理论上向前推动了一步。
　　
一个鲜为人知的重要事实是在富兰克林发明避雷针的第二年，一位法国工程师写信给富兰克林，报告并祝贺，按他的发明安装的一支避雷针接闪，即把雷引向避雷针从而避免了邻近被保护物遭受雷击。这既是人类首次干预雷闪自然活动途径(而且是导致自然灾害的活动)的预期目的获得成功，又是无可辩驳的事实，使发明者改变了原来的想法——徐徐放电，中和雷云中的电荷，避免雷害，得出了“引雷”击于自身，避免击于被保护物的正确看法。

2.2　间隙、磁吹间隙[11]

19世纪70～80年代是电力网发展的初期阶段，当时几乎无任何过电压保护装置。80年代末期，在电力网中才采用了电话的保护装置——导雷器，实际就是保护间隙串联一个熔断器，或只装间隙。(如图1所示)后来在本世纪30年代初，发展成去游离避雷器，即由纤维管制成的管型避雷器。至于间隙，则直到现在还在某些情况下使用。例如，从我国低压220/380V配电，短波、超短波越天线引入机房时的第一道防护装置到欧洲220～400kV变电所设备上的辅助保护间隙。
   

                             
图1　导电器
注：1—火花间隙
 
上世纪90年代初期，E.Tomsom制出了磁吹间隙，用来保护直流电力设备。图2所示可以说，这是现代磁吹避雷器的前身。20世纪初，开始注意限制工频续流问题。1901年德国制成用串联线性电阻限流的角形间隙，这是现代阀型避雷器的前身。上述保护装置，实际上主要是用来防止感应雷造成的事故。如果是直击雷，或是击于线路上的近区雷击，电气设备多数还会被击毁。值得注意的是，近年德国一公司自称造出吸收能量最大的MOV过电压保护器(多数是70kA、100kA)，而且可通过10/350μs长波通流试验，其特点就是MOV串联一个磁吹角型间隙。
 

             
注：1—角形间隙；2—磁吹线圈；3—直流发电机
 
2.3　电容器、电感线圈、  吸波器、 1∶1防雷变压器[11][13][14]

1908年瑞士MOscick提出利用高压电容器作防雷元件的方案，通常是与电抗线圈配合使用，构成防雷吸波器。如图3所示30年代初，前苏联莫斯科电力系统曾用电感线圈保护几个33kV变电所，但因阀型避雷器装于电感线圈外侧，电感与变压器入口电容谐振，使变电所雷害事故率翻一番，而且电感线圈本身还发生不少绝缘事故，因而后来拆除了这些电感元件。我国40年代和50年代初，有些发电机、升压变压器和配电变压器曾采用电感元件保护，可惜未很好总结经验，后来多数电感元件没有继续使用。

只是到了60年代，波兰才在35～110kV变电所，利用装于进线入口的电感元件取得良好的防雷效果(阀型避雷器装于变压器与电感元件之间，防止了L-C谐振)。直到现在，电容电感元件还是我国和国外保护旋转电机的有效保护装置。我们过电压保护与接地国标修订组调查分析表明，经过电感线圈供电的发电机，其平均无故障工作时间MTBF(雷害)>290年，即提高防雷可靠性3～10倍。我们将电力部门近千个微波站全国指标MTBF≥60年提高到200～500年的微波站过电压保护柜，措施之一是1∶1变压器。近年，国外公司在电力、电子保护环节中所用的解耦(退耦)元件并非新物，就是一个电感线圈。裸导线5～10m长的电感有时也相当解耦元件。
 

注：T—变压器；S—水电阻器或导体电阻器；
L—电抗线圈；C1、C2—电容器
 
2.4　自动阀型避雷器、阀型避雷器、磁吹阀型避雷器[11]
　　
1907年在美国出现了铝电解避雷器，利用它在不同电压下能通过或阀截电流的特性遮断工频续流，它曾用于100kV高压电网。1922年美国西屋公司(WH)制出了自动阀型避雷器。1929年美国通用电力公司(GE)制出契利特阀型避雷器，使系统雷击损坏率下降90％。阀型避雷器通过雷电流能力的发展情况如下(多数用8/20μs后试验，通过20次，且残压变化不大于±10％)。[11]

　　1928      1934        1935　　  1937(年)
　　300　　   3000　　    10000　　 100000(A)
　　后者系4/10μs波形2次，100kA及以上。
　　
50年代初，磁吹避雷器问世，它兼能防护雷电过电压和内过电压，这是避雷器发展的一个转折点。因为直到今天，即使在220/380V低压配电网中的过电压保护器也要求对操作过电压波(SEMP)具有防护能力。其2ms方波或工频续流通流能力从开始的150A，发展到80年代初的1500A左右，我国高压避雷器的2ms方波通波能力发展情况如下。[11]

　   1964　1972　1977　1980　1982(年)
　　 400　 800   1000　1200　1500(A)
　　
现在保护220/380V电源的过电压保护器应具有SEMP的防护能力，其主要判据是2ms方波的通波能力。当然，还有待定出MOV的耐受电流标准值。

2.5　氧化锌避雷器(MOV)[11]
　　
1968年日本大阪松下电气公司研制出了新一代“无间隙避雷器”，即氧化锌避雷器，开始应用于电子工业。这是一种利用金属氧化物对电压敏感特性来吸收交、直流电路中雷电过电压和操作过电压，以保护电力、电子器件的装置。开始主要用于产生电火花的电触点，用来吸收暂态电压能量。1976年，迅速向高电压电网发展，日本首先制成84kV级耐污型无间隙避雷器，到80年代初已制出275kV和500kV级超高压避雷器。由于开始时造价较高，而性能又大有改进，故其发展和使用在很长一段时间主要用于超高压电网，而且各国多是从超高压使用，待价格下降后才逐步用于较低电压电网。因为前者残压每降低8％左右，可使设备的绝缘水平降低一级(6％～8％)，相应的设备造价可下降4％～6％。这对几百万元、上千万元一台的超高压电力设备，采用MOV具有很大经济意义，即使一组MOV价值数十万元也是值得的。

1972年，我国武汉市一个小厂生产出我国第一批氧化锌压敏元件，属于世界上少数几个继日本之后能制造MOV的国家之一。MOV在我国的应用也是从高电压向低电压发展的模式。例如，80年代初，华北500kV超高压电网首先从瑞典ASEA公司引进500kV MOV，同期机械工业部同水利电力部共同观察、分析、谈判后决定，西安电瓷厂和抚顺电瓷厂分别从美国GE和日本日立公司引进生产专利，不久即造出接近世界水平的500kV MOV。80年代中后期，先后在330kV、220kV、110kV等电网应用国产MOV。80年代后期，又在10kV和低压220/380V配电网普遍采用氧化锌避雷器，效果良好。

2.6　管型避雷器
　　
1927年，美国一些线路开始采用在管内产生非游离气体以遮断续流的管型避雷器。续流在1.5～3.5个周波内熄灭电弧。80年代初，我国又制成一种无续流管型避雷器，并在高压电力系统试用。后因用量太少，生产厂效益不佳，陆续被阀型避雷器所代替。

 
                                                        （未完待续）

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2.7　避雷带、避雷网、避雷线和耦合地线

如前所述，1750年，富兰克林提出以针尖放出电荷缓慢中和雷云中的电荷的避雷针用来防雷。后来的实践证明，它不能“避雷”，而是将雷引向自身来保护其周围的设备。随着俄国罗蒙诺索夫在重复了富兰克林的著名风筝试验之后，于1753年发表的论文《关于因电力而产生的大气现象的发言》中也对此作了重要论证。
　　
避雷针的实际应用，必须解决的是它的保护范围问题。这是在试验室和实际应用中多年逐步定量化的，而且其精确性已基本满足了工程设计的需要。正是各国高压输电和电力系统的发展推动了这一科研工作的前进。1925～1926年，Peek第一个在实验室内利用冲击电压发生器造成“人工雷”对避雷针模型放电，研究保护范围——保护系数与雷云高度对针高之比(H/h)的关系，并研究了雷云极性对保护系数的影响。

1930～1934年，各国开始广泛利用避雷针保护发电厂和变电所。当时230kV电网已经出现多年，287kV超高压电网正在建设中。如美国煤气和电力公司(AGE)1934年开始用避雷针、避雷线保护变电所。避雷线的保护范围是这样确定的：当架构强度足够时，每保护水平距离0.45m，避雷线悬挂高度要抬高0.3m；架构强度受限制时，每保护水平距离0.6m，要抬高0.3m。这分别相当于保护角56°和64°。[11]这与日本60年代末的防雷规范60°相近。到60年代初(1963年Davis)、70年代初美、英等国对保护输电线路的避雷线的保护范围陆续提出击距理论，即考虑雷电流辐值的大小来选定保护范围。我国高电压工作者(朱木美教授指导王小瑜同志)在1962～1964年研究输电线路防雷时也提出了类似方法。[11]至于用来保护发电厂和变电所，我国50年代因担心避雷线断线会波及全厂和全变电所而只采用避雷针。到70年代中期，才明确避雷线可用于发电厂和变电所的保护。
　　
避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体，是由避雷针、避雷线发展而来的。作者最早是由德国资料中了解到这项技术。避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体，以保护建筑物的中间部位。用于保护建筑物，其优点是敷设简便、造价低，而且同高耸的避雷针相比，引雷的几率大为减少。而且它接闪后一般是由多根引下线泄散电流，室内设备上的反击电压相对较低。我国建筑防雷工作者提出并在全国广泛应用的笼型防雷方式则是利用建筑物钢筋形成的法拉笼，同时也解决了等电位连接问题，极大地提高了建筑防雷的可靠性。[63][64]此外，它也便于笼内(屋内)电力、电信、电子设施统一接地(共地式)。我国电力部门发电厂厂房、机房、变电所及主控室，包括控制和信号电缆等不同用途不同电压设备，自50年代初即全部采用共地式，使全站实现等电位，并制订1952、1956年以来各版过电压和接地标准。这同IEC近年规定、国外公司广泛宣传的统一接地和等电位连接相比，要早40年以上。[33][34][35][36]
　　
人们曾企图利用在针尖敷上放射物质来提高引雷作用，扩大保护范围，后来证明无效。60年代末、70年代初，英、德等国建筑物防雷规范已明确做出否定的结论。80年代，水利电力部电力科学院在高压试验室内所做的试验也证明，放射性避雷针在引雷效果上与同尺寸的普通避雷针没有差别。我国过电压与绝缘配合标准对它一直持否定态度。尽管国际上已有定论，法国及一些法语国家还有一些地方，继续使用带有放射物的避雷针。我国一些从法语国家引进的工业设备，还有用这种避雷针保护的。这不仅浪费资金，无助于防雷改进，而且由于其放射性物质，还造成人身的环境方面的隐患。这违反我国所有有关防雷的标准。
　　
德国W.Peterson于1914年提出利用接地避雷线防雷的理论，认为其作用在于降低输电线路绝缘上的感应过电压。到30年代初期，避雷线虽已使用多年，对其作用仍无统一认识。美国F.W.Peek，W.W.Lewis认为，威胁输电线路绝缘的不仅是直击雷，还有感应雷。Peek首先提出了划弧线确定保护范围的计算方法，如图4所示。他们认为，架设避雷线，首先是防护感应雷。而Atherton和英国的Simpson、瑞典的Norrinder以及德国、瑞士一些学者，则认为感应雷对高压线路并无危险。苏联的B.H.L等1931年提出，对于66kV以上线路只有直击雷是危险的，避雷线应着眼于防止直接雷击。

30年代末期，德国研究了雷击输电线路时雷电流在各相邻杆塔的分布，实际上引入了分流系数的概念。[10]到30年代末期已经明确，100kV及以上线路，避雷线是防护直击雷的基本保护装置，应架设得足够高，并具有良好的接地装置。事实上，从1928年开始，H.M.Towne就已研究了管型接地体的冲击特性。以后，又有人研究了放射型和伸长型接地体的冲击特性，以适应直击雷防护的泄流需要。但是，一种新的正确认识，往往在相当长的时间内还有旧的认识与之并存。直到40年代初，一些文献还认为防感应雷是避雷线的主要目标。有些美国书籍甚至主张将避雷线架设在导线下面，并提出这样的数据：架设一根避雷线，可将感应过电压降低到1/2；架设两根避雷线，降低到1/3。[5]

不过，到了40年代中期，所谓“直击雷理论”就将“感应雷理论”完全取而代之了。[9][11][13]有趣的是，60年代初，我国输电线路防雷工作者(浙江省电力部门)提出山区线路当接地难于达到要求或雷击频繁地段，可在线路导线下敷设1～2根接地耦合线以增大分流系数和导地线间的耦合系数，从而提高耐雷水平和降低雷击跳闸率一半左右(降至原值的)。1976年开始列入过电压保护规程等标准中，至今仍是山区输电线路防雷的一个有效措施。后来得知，在我国之后若干年，澳大利亚在330kV超高压输电线路上也采用耦合地线防雷技术。[11]
 

(引自1954年《全国防雷训练班讲义》(上册，下册).燃料产业部.北京.)
注：H—雷云高度

2.8　自动重合闸装置(AПB)和备用电源合闸装置(ABP)[7][20]
　　
20年代中期，美国Still提出，利用断路器重合闸消除瞬时短路包括雷击引起电力线路短路跳闸来保证电力供应，到30年代各国已广泛采用。后来又发展二次重合闸、单相重合闸以及单相与三相综合重合闸。我国于1950年夏，在鸡西电业局安装苏联提供的35kV开关，这可能是我国第一批带重合闸的少油开关，随后写出鸡西发电厂和电业局全面改造继电保护，推广自动重合闸及备用电源自动合闸(分别称AПB和ABP)的设计书，后来成为专著出版。[20]很有趣，这项普遍应用于35～500kV输电系统的技术现在不仅应用于10kV电网，而且也有时应用于重要的220/380V供电，如铁路信号电源(象北京铁路局)，应用此项技术和备用电源自动合闸装置也大大减少了雷击停电事故。高压线路雷击跳闸故障，重合闸能在几分之一秒重合，成功率达85％左右，即将事故减少到15％左右。重要通信台(站)的电源也可考虑采用此措施。一些军用台(站)即采用备用电源合闸装置。

2．9　电磁兼容(EMC)
　　
电力线和电信线发展初期，虽然两者难免互相交叉和平行接近，但因电力线电压低、电流小，一般是各行其道，相安无事。电力系统大发展之后，才产生干扰影响，出现电磁兼容问题。
　　
近阅1947年5月号《中国电力》(《电力技术》近年更为现名《中国电力》，这或许巧合)，建设委员会和交通委员会联合发布《电话线及电力线交叉、平行设置规则》18条。规定：①交叉时，电力线在上，电信线在下；②街道架设线路，一侧设电力线，另侧设电话线；③交叉处60kV及以下导线对电话线最小垂直距离标准；④平行架设线路电话线务求多实行导线换位，电力线也应尽力实行导线换位；⑤两者平行接近时，电话线距各级电压电力线的最小距离；⑥后架设一方为满足此要求需另方改建时，后架一方承担费用。在3月、4月号刊中，东北已有140kV线路运行，但在《规则》中对该电压级的交叉垂直距离和平行线路水平距离标准中未做规定。当年140kV线路属中性点消弧线圈接地系统。实际上这是我国最早一部电磁兼容标准(虽然电磁兼容术语和学科是在20年以后逐步形成)。当时是按感应雷理论制订，也是世界范围内向直击雷理论过渡的时期，以当时国家所处条件，我们的前辈能制订该建设标准，实属难能可贵。
　　
科学发展史上常见的有趣现象是，历史在这里似乎走了一个螺旋式回归(高级重复)，初期电力系统从电报、电话线那里“引进”放电器作为主要的防雷装置，并使其由阀型避雷器发展到500kV、750kV和1200kV级特高电压的庞然大物(高达5～10m以上)。后来又广泛用到10kV高压配电和220/380V低压配电网，可小到柿子般大小。而其诸特性，如残压、通流能力、诸性能分散性的统计分布以及过载能力、老化过程和寿命等所有性能均属大同小异。现在，它又回过头来为电信、信息系统承担保护的任务了。更有意思的是，早在1936～1940年，前苏联对于保护电信台(站)的玻璃管内装铝电极间隙和充气的放电器(如PA.350，放电电压300～400V)，就其要求间隔一定时间(如10s)能承受10次放电，至少是3～4次放电而言思路正确(如研究单位HC和HKC)。而且PA.350如不能达到此要求，就并联一个由铁板电极做成的放电电压为1000～1500V的空气间隙做后备保护。[6]

相比之下，今天一些外国公司，对其SPD所标电流只是一次承受值(也有是二次承受值)，不能满足约占90％的多重雷击要求以及寿命要求，只有商业宣传价值。而它与现在电力系统广泛应用的氧化锌避雷器的5kA，允许承受20次，而且试后残压变化不大于10％，更是不可直接比较的。这一规定各国同此，而且是IEC标准。[11]大量试验和MOV特性曲线表明，它同一次、二次相，分别相差至少3和4倍以上。这种商业宣传与科学和工程需要之间的分离是防雷工作者应该知道，而且要使用户选用时知此实情的。
　　
研究科技史文献可知，早期电力工程、电信工程著作，防雷问题几乎不予涉及，因为当时防雷的重要性，包括它的危害程度，因工程规模小而未引人注目。例如，Singer.Holmyard,Hall ＆ Williams主编著名的科技史宏篇巨著“A History of Technology”，Oxford At The Clearendon Press，1958，以及国内电工史专著，对于电工发展前期的防雷也是或不涉及，或语焉不详。从避雷针到出现简单间隙、电容、线圈，经过了漫长的158年。到制出原始型避雷器，又经过了10年。这绝非因为人类智慧贫困，而是电力工业的发展，才有了防雷的需要。

作者所绘各种防雷和过电压保护装置的出现，与输电电压等级相关图(如图5所示)充分说明了这一问题。[11]直到出现几千万和上亿千瓦的联合电力系统(如华北500kV网架连接的系统装机容量已近4000万千瓦)，其一次雷击足以导致大地区的灾难，如美国有名的纽约大停电，才迫使人们利用几千万元的高压试验设备进行不断的研究，使防雷系统日臻完善。与此相似，正是由于早期室内只有电灯和马达这类电器，其防雷要求不高，建筑物防雷独特之处不多。近年电子设备的广泛应用，而且多数装在户内，才使建筑物防雷逐渐引起人们的重视，其防雷理论和防雷手段才与日俱增。又如，IEC自1934年成立，到现在先后共成立80多个技术委员会(TC)，以制订电力、电子、电信用大量标准。主要是80年代末、90年代初，TC81等委员会才开始系统地提出一系列建筑物防雷标准，因为当一建筑物内的微电子元件、电子设备的雷害，影响人们生活和国民经济日趋严重时，这一课题才受到重视。
 

图5　电网输电电压的增长以及过电压保护装置出现的时期

 
注：1—避雷针；2—间隙、磁吹导雷器(间隙)；3—铝、铅电解避雷器，电感线圈，电容器，中性点直接接地；4—接地的避雷线；5—消弧线圈；6—自动阀型避雷器，管型、丸型避雷器，自动重合闸；7—契利特阀型避雷器；8—断路器并联电阻，超高压并联电抗器；9—磁吹避雷器；10—电磁式电压互感器，限压饱和电抗器，并联电抗器；11—火花控制电抗器；12—无间隙避雷器；13—消雷器(电离锥体)；14—同步断路器；15—可控电抗器，静止补偿器，多柱避雷器
 
2.10　发电厂、变电所、微波站等一律采用共地式，以及为防止反击，避雷针、照明灯塔等的接地所应采取的埋地铁管(或电缆)所应具有的地中波衰减距离
　　
远在1954年8月燃料工业部所举办的“全国防雷训练班”上，作者等几位教师就引用苏联1954年过电压保护导则долгиноф在“电力设备的防雷保护”一书俄文本以及А.н.щеринцисс专家报告介绍。该书由王文端、解广润、刘继、王遵在讲课期间翻译，印出作为辅助学习资料，后于1955年电力出版社出版)，课本是杨津是、王文端、王遵、刘继、严谨、A.H.щеренцисс专家编著：《全国防雷训练班讲义》，上册、下册，约160万字，燃料工业部出版，1954年.北京)以及燃料工业部1952年版《过电压保护导则》详细讲述了：①高压(如110kV和10kV)、低压(220/380V)、继电保护与自动化设备、通信设备应共用一个接地，并注意等电位连接)；②避雷针接地沿地中接地体到发电机中性接地的距离不应小于40m(宜为40～60m)；③避雷针接地与主地网连接时，由避雷针接地处到变压器接地沿接地体的距离不应小于15m，由照明灯塔或装灯的避雷针其电源线应穿入埋地铁管，其长度不应小于10m才能与主地网或配电箱连接。电力部门后来将这种直击雷电流沿屏蔽电缆或屏蔽铁管的最小分流和衰减的地中距离称为柔性等电位连接。图6   A，B是表明我国1954年的规定与IEC建筑防雷90年代规定的对比，和对后者的改进意见。
 

图6－A　工厂的网型接地端子系统(IEC原图)

1—具有钢构件的网状系统的建筑     2—工厂内塔式建筑    
3—独立设备　　4—电缆托架
 
注：① 按B图原则，高塔2的接地不应与机房1的地图就近连接，而宜在单×处断开，并保护地中距离3m。同样，打双×处也宜断开(取消)，可按线增加斜地线以利散流。
　　② 即使机房室接10m，地网小格5m估算，50×45m的表地网，对常遇到的ρ=100～600 Ω·m的情况，工频接地电阻为R=1～6Ω，冲击接地电阻(Ri≤0.6～3.6Ω，所以多数情况，最外一圈小网格可以取消，即将闭合接地各向内移进一个小网格，这可大大减小工厂占地面积，当在高土壤电阻率ρ>600Ω·m时，才用按上图敷设。
　　③ 按中华人民共和国电力行业标准《交流接地装置》，DL621—1997规定，接地网的各外角应做成圆弧形，以减小雷击或电网短路时跨步电压，防止对人户的伤害。作者1993～1994年为深圳某变电所的模拟试验和1994年与华北电力设计研究院共同在京郊某220kV变电所进行的实测物表明，角形接地的场强梯度为弧形的5～10倍以上。
 

图6－B　110千伏变电所接地网布置简图

(注：图右侧两避雷针及接地图是在1954年图上，接1956年版过电压保护导则补画上的)
 
　　
对图A，IEC接地连接端的优化示例(110kV、10kV、220/380V共用一个地网，通信、自动化等电子设备亦与上述高低压设备共用一个接地，接地电阻0.5Ω)。此图取自杨津基、王遵、解广润、刘继、A.H.щЕрЕнцис等合著《全国防雷保护训练班讲义》(下册)。第八章“防雷及接地装置设计实例》(刘继)P.8－5，燃料工业部.1954年
　　
注：对比A、B两图设计原则自1954、1956年起，明确共地式设计原则和等电位连接原则(上图10kV地网与110kV地网用两条接地网连接带连接，远方水泵房等的接地亦按此执行，又带照明灯的避雷针接地，沿地中接地带的长度不小于10m才允许与主地网或配电箱连接。1959年版接地规程规定独立针得15m接地带才允许与接地网连接。
 
3　参考文献
 
[1]   Electrical Transmission Line Reference Book,by Central.
[2]   Rüdenberg.Transient phenomena in Electrical power System.1950.
[3]   Glasgo.Radion Engineering.1945.
[4]   L.W.Bewleg.Travelling Wave on Transmission System.1932.
[5]   Electrical power station and Apparatus.1945.
[7]   M.B.Koctehko.1949.
[9]　谢广润译.高电压工程，(上、下册).电力工业出版社，1954.
[10]   Th.Buchhold.Elektrische Kraftwerke and Netze.1938.
[11]　刘继.电气装置的过电压保护.北京：电子工业出版社，1982，1996.  
[13]　武汉水利电力学院(武汉水利电力大学)解广润.过电压及保护，(上、下册).北京：水利电力出版社，1959.
[14]　雷电与静电——它们的历史、现状与未来. 《雷电与静电》 代发刊词(刘继执笔)，《雷电与静电》，1965.
[16]　东北电业管理总局刘继.目前送电线路防雷设计中存在的问题及其解决方法.《东北电业》，1952，(11).
[17]　刘继译自苏联《电站》杂志.送电线路的雷电防护.《电业技术通讯》(《电力技术》，今名《中国电力》前身).1950，(4).
[18]　杨津星、王文端、王遵、解广润、刘继、严谨合篇.全国防雷训练班讲义(第Ⅰ、第Ⅱ卷).北京：中央燃料工业部出版，1954.
[19]　刘继.送电线路防雷设计.沈阳：东北工业出版社，1952.
[20]　电力部电力设计(总)院刘继.送电线路重合闸装置，上海龙门局，1955年，上海科技出版社，1957年(新一版).
[21]　水利电力部弋东方、王遵、刘继、许颖、张大琨.《超高压电网的绝缘配合问题》.北京：《中国电机工程学报》(国内发行，核心刊物)，1965，(4).
[22]　关于对《超高压电网绝缘配合问题》一文的讨论中，《论文作者的补充说明》(由刘继执笔).同上，第4期.
[26]　国家标准《高压电气设备绝缘试验电压和试验方法》，  GB311－64.第一机械工业部和水利电力部联合提出，1964.
[30]　王文端、王遵、解广润、刘继译.北京：电力工业出版社， 1957.
[31]　燃料工业部1952年.过电压保护导则.北京：燃料工业出版社，1952.
[32]  燃料工业部1952年颁发.接地装置试验规程.北京：燃料工业出版社，1953.
[33]　过电压保护导则.电力工业出版社，1956.
[34]　燃料工业部.绝缘试验规程.北京：燃料工业出版社，1951.
[35]　电力工业部.电力设备过电压保护规程.北京：电力工业出版社，1959.
[36]　电力工业部.电力设备接地规程.北京：电力工业出版社，1959.
[38]　水利电力部、铁道部、邮电部、通信兵部.《防止和解决电力线路对通信、信号线路危险和干扰影响的原则协议》.1961.
[47]　燃料工业部.电力设备运行法规.北京：燃料工业出版社，1952.
[63]　中国科学院电工研究所，北京建筑设计院研究室编.民用建筑防雷保护.1965.
[64]　王时照，马宏达，陈首燊.建筑物防雷设计.中国建筑工业出版社，1980.
[81]   清华大学电机与应用电子技术系陈水明.雷击建筑物时室内电子系统过电压防护研究.博士学位论文.
[83]　国家电力公司电力科学研究院崔鼎新，于漪琤，国家电力公司电网建设公司冯金玲.关于电力电缆金属护套的磁实际屏蔽系数计算方法.第五届全国电磁兼容学术会议，中国科学技术学会主办，中国电机工程学会，中国电源学会， 中国电工技术学会承办， 中国通信学会，铁道学会，电子学会，宇航学会，航空学会，造船工程学会，计算机学会，自动化学会，仪器仪表学会协办.’99EMC论文集.北京：1999年5月.
[84]　陈永明，刘荣，吴维朴，刘继.雷直击建筑物时室内电磁干扰分析.同上论文集.  

通天雷神

其实，早就想把这篇文章发给大家。大概是在我第一次读完的时候就有这个想法。一直没有电子版，没有机会。今天发出来，是晚了点。文中黑色的部分是我特意加的。每看一次心里总有一些感动。被前辈的敦敦教诲，殷切希望，一大把年纪下不辍努力的精神感染着。我辈再不发奋图强，20年后中国的防雷事业就完蛋了。好的老师都不在了。时间紧迫啊。

——再一次感慨。

通天雷神

难。搞成PDF、JPG还行。WORD就不行了。乱码太多。

通天雷神

谢谢支持。到贵州请老兄喝酒。

wangj

下面引用由风雷剑在 2005/01/03 03:35pm 发表的内容：
好文章。
感谢雷神。希望防雷中心的那帮兄弟多学习、多思考。

通天一直比较热心。可惜这样的人现在并不多。

通天雷神

看到许多论坛里都转了此贴，心里感到一些安慰。毕竟，防雷不是某一个人的事业。靠任何一两个，十几个人都是做不好它的。它需要一大群人认真的去做很久。

mahe3302

嗯,好东西, 只可惜不知道自己什么时候才能够白得懂.

winjetty

还未完?LZ大大能否将其发全呢?

通天雷神

以下是引用winjetty在2007-5-28 16:11:00的发言：
还未完?LZ大大能否将其发全呢?

已经全了啊？