海南某站点雷击事故原因初步分析以及对“拒雷器”的评述

王 光 龙

(中国人民解放军91655部队, 北京 100036)

0 引 言

2014年4月4日在海南某站点发生一起造成大面积装备损坏的雷击事故,所幸未造成人员伤亡。该站点在2013年10月刚完成防雷工程整改建设,新加装某公司的“综合有源+无源等离子CPLR拒雷装置”(简称“拒雷器”),并为通信机房建设新的工作地网。为何新加装的“拒雷器”未能起到拒雷作用?新做的防雷工程未能起到保护装备不受雷击损坏的作用?

1 事故概况

2014年4月4日凌晨5∶10左右,海南某高山站点在毫无预兆的情况下突然响起一声巨雷,通信随即中断,站上各值班部位立即关机停止工作。关机后雷电陆续不断,但强度明显减弱;6∶20,各部位装备开机,恢复正常值班;6∶30,有2个部位的值班人员上报装备不能正常工作。站上立即组织技术人员对全站装备进行开机检查,共发现11台装备受损而不能正常工作(不含移动公司的受损设备),损坏的部件多达18件,是近些年来最严重的一次。11台受损装备分别位于5个建筑物内,包括“拒雷器”的室内控制柜,控制柜电源部分的电容被击得粉碎[1-2]。

2 事故原因初步分析

笔者于2014年4月10日与其他专家和有关人员对事故现场进行考查,并听取事发当天在场多部位值班人员的情况汇报。据该站点当时某部位值班人员介绍,随着一声巨响,可透过门窗玻璃看见雷电闪光,站上的通信随即中断。可以断定该站点遭受到直接雷击,雷击通道就是该站点54 m高的微波铁塔,而且是通过架设在该微波铁塔上的“拒雷器”将雷电引入的。“拒雷器”等离子体发散针管末端接闪痕迹如图1所示。 位于铁塔东侧相距约4 m的通信机房内的PCM设备当即受损,造成通信中断。看见雷电闪光的某值班部位在铁塔的西侧,与铁塔相距约40 m,其无线室外设备和室内设备均受损坏。架设在微波铁塔上移动公司的通信设备也遭受损坏。通过“拒雷器”室内到室外的供电线缆将雷电流直接引入其室内控制柜,造成控制柜电源部分的电容被击爆[3-5]。

图1 “拒雷器”等离子体发散针管末端接闪痕迹

海南岛属热带季风海洋性气候,干湿季分明,一年中4月至11月为湿季,吹西南季风,降水丰沛,雷雨天气多;12月至次年3月为干季,吹东北季风,降水少,雷雨天气少。该站点的“拒雷器”是在2013年10月安装的,安装后经历的是海南岛的干季,基本上没有雷雨天气,所以“拒雷器”也没有异常表现。

其他部位设备受损的原因,一方面是电源等金属线缆在雷击过程中感应的过电压、过电流对设备放电所致,另一方面是直击雷电流泄放过程中引起地电位瞬间骤升而对设备产生的反击所致。从现场可以看到,在通信机房所在建筑物南墙根,新敷设的工作地网入户端裸露的地线对墙体有明显的放电痕迹,此地线感应到的过电压至少在50 kV以上。地网入户端裸露地线对墙体有明显的放电痕迹如图2所示。

图2 地网入户端裸露地线对墙体有明显的放电痕迹

该站点由于架设“拒雷器”,因而在所做的防雷工程中外部防雷保护、内部防雷保护都考虑不周,尤其是接地网、建筑物内/外部屏蔽、雷电过电压防护、等电位联结、合理布线、安全距离等方面处理不当,以致在遭受雷击后大面积设备受损。

3 非常规防雷装置评述

该站点架设的“拒雷器”属于非常规防雷装置。该“拒雷器”(CPLR)厂家称其集有源等离子防雷、消散阵(DAS)消雷器(LED)无源等离子防雷和富兰克林的放电间隙式接闪器后备防雷三位技术为一体,可实现综合防雷。这一说法明显是错误的。消散阵(DAS)消雷器(LED)已经被实践证明不能起到消雷作用,国家多个部委曾经发文明令禁止使用消雷器产品;“拒雷器”的原理是通过有源产生等离子体去中和雷云的电荷,使之不与地面吸引的异性电荷放电而达到拒雷。其末端的等离子体发散针管本来是不接地的,但将其做了接地处理,成为传统的富兰克林避雷针。该“拒雷器”最终的功能仅起到传统的富兰克林避雷针的作用,故用户没有必要花费高昂的费用加装。

该“拒雷器”产品技术参数描述依据不明,甚至自相矛盾,其工作电源容量为1 kVA,每拒雷1次耗电1 kWh,即每拒雷1次时间在1 h左右,但给出的主动防雷响应时间仅为5 s;拒雷保护角为83°,保护半径为8H(H为安装高度),而拒雷保护范围为传统避雷针的64倍;每拒雷1次耗电1 kWh,却能产生1015N/m3的等离子体,且范围那么大。

等离子体由带正电的离子和带负电的电子,可能还有一些中性的原子和分子组成。等离子体在宏观上一般是中性的,即所含有的正电荷和负电荷几乎相等。仅靠雷云电场吸引(雷云为负极性时)、上升气流输送以及雷云电场在地面感应的正极性电场吸引就能将等离子体中的正离子、负电荷分离,且分别对雷云负电荷及雷云电场在地面感应的正离子进行中和、稀释和均匀化,是没有科学依据。

该“拒雷器”采用介质阻挡放电(DBD)方式,电离空气产生非平衡低温等离子体,容量1 kVA的工作电源电离空气能产生多少等离子体?足以去中和雷云电荷?再者,其介质阻挡放电装置安放在一个密封容器中,其内空气有限,空气电离结束后如何产生等离子体?

从该站点遭受直接雷击,而且是通过该“拒雷器”的等离子体发散针管接闪的事实,可以证明该产品起不到拒雷作用。另外,在广东某高山站点架设的“拒雷器”在2014年3月30、31日两次遭受雷击,造成约9件设备损坏,再次充分说明该“拒雷器”起不到拒雷作用。

4 结 语

国际电工委员会雷电防护委员会(IEC:TC81)于2003年10月出版的《雷电防护 第一部分:通则》(IEC 62305-1)引言中的第一句话就强调:雷暴是自然天气现象,没有任何设备和方法能够防止闪电放电。

目前,国际上没有消雷或拒雷产品得到IEC雷电委员会的认可。国内也没有任何一家非常规防雷装置的产品通过国家气象部门指定的检测中心检测认可。消雷或拒雷作为防止自然灾害的一种方式,理论上是可以进行试验研究的,其原理和实现方法还有待进一步开发。

现行的综合防雷不论是技术还是产品,都应该符合GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》和IEC 62305:2003的要求和规定,才能做到安全可靠、技术先进、经济合理。