海南某站點雷擊事故原因初步分析以及對“拒雷器”的評述

王 光 龍

(中國人民解放軍91655部隊, 北京 100036)

0 引 言

2014年4月4日在海南某站點發(fā)生一起造成大面積裝備損壞的雷擊事故,所幸未造成人員傷亡。該站點在2013年10月剛完成防雷工程整改建設(shè),新加裝某公司的“綜合有源+無源等離子CPLR拒雷裝置”(簡稱“拒雷器”),并為通信機房建設(shè)新的工作地網(wǎng)。為何新加裝的“拒雷器”未能起到拒雷作用?新做的防雷工程未能起到保護裝備不受雷擊損壞的作用?

1 事故概況

2014年4月4日凌晨5∶10左右,海南某高山站點在毫無預兆的情況下突然響起一聲巨雷,通信隨即中斷,站上各值班部位立即關(guān)機停止工作。關(guān)機后雷電陸續(xù)不斷,但強度明顯減弱;6∶20,各部位裝備開機,恢復正常值班;6∶30,有2個部位的值班人員上報裝備不能正常工作。站上立即組織技術(shù)人員對全站裝備進行開機檢查,共發(fā)現(xiàn)11臺裝備受損而不能正常工作(不含移動公司的受損設(shè)備),損壞的部件多達18件,是近些年來最嚴重的一次。11臺受損裝備分別位于5個建筑物內(nèi),包括“拒雷器”的室內(nèi)控制柜,控制柜電源部分的電容被擊得粉碎[1-2]。

2 事故原因初步分析

筆者于2014年4月10日與其他專家和有關(guān)人員對事故現(xiàn)場進行考查,并聽取事發(fā)當天在場多部位值班人員的情況匯報。據(jù)該站點當時某部位值班人員介紹,隨著一聲巨響,可透過門窗玻璃看見雷電閃光,站上的通信隨即中斷?？梢詳喽ㄔ撜军c遭受到直接雷擊,雷擊通道就是該站點54 m高的微波鐵塔,而且是通過架設(shè)在該微波鐵塔上的“拒雷器”將雷電引入的?！熬芾灼鳌钡入x子體發(fā)散針管末端接閃痕跡如圖1所示。 位于鐵塔東側(cè)相距約4 m的通信機房內(nèi)的PCM設(shè)備當即受損,造成通信中斷?？匆娎纂婇W光的某值班部位在鐵塔的西側(cè),與鐵塔相距約40 m,其無線室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備均受損壞。架設(shè)在微波鐵塔上移動公司的通信設(shè)備也遭受損壞。通過“拒雷器”室內(nèi)到室外的供電線纜將雷電流直接引入其室內(nèi)控制柜,造成控制柜電源部分的電容被擊爆[3-5]。

圖1 “拒雷器”等離子體發(fā)散針管末端接閃痕跡

海南島屬熱帶季風海洋性氣候,干濕季分明,一年中4月至11月為濕季,吹西南季風,降水豐沛,雷雨天氣多;12月至次年3月為干季,吹東北季風,降水少,雷雨天氣少。該站點的“拒雷器”是在2013年10月安裝的,安裝后經(jīng)歷的是海南島的干季,基本上沒有雷雨天氣,所以“拒雷器”也沒有異常表現(xiàn)。

其他部位設(shè)備受損的原因,一方面是電源等金屬線纜在雷擊過程中感應的過電壓、過電流對設(shè)備放電所致,另一方面是直擊雷電流泄放過程中引起地電位瞬間驟升而對設(shè)備產(chǎn)生的反擊所致。從現(xiàn)場可以看到,在通信機房所在建筑物南墻根,新敷設(shè)的工作地網(wǎng)入戶端裸露的地線對墻體有明顯的放電痕跡,此地線感應到的過電壓至少在50 kV以上。地網(wǎng)入戶端裸露地線對墻體有明顯的放電痕跡如圖2所示。

圖2 地網(wǎng)入戶端裸露地線對墻體有明顯的放電痕跡

該站點由于架設(shè)“拒雷器”,因而在所做的防雷工程中外部防雷保護、內(nèi)部防雷保護都考慮不周,尤其是接地網(wǎng)、建筑物內(nèi)/外部屏蔽、雷電過電壓防護、等電位聯(lián)結(jié)、合理布線、安全距離等方面處理不當,以致在遭受雷擊后大面積設(shè)備受損。

3 非常規(guī)防雷裝置評述

該站點架設(shè)的“拒雷器”屬于非常規(guī)防雷裝置。該“拒雷器”(CPLR)廠家稱其集有源等離子防雷、消散陣(DAS)消雷器(LED)無源等離子防雷和富蘭克林的放電間隙式接閃器后備防雷三位技術(shù)為一體,可實現(xiàn)綜合防雷。這一說法明顯是錯誤的。消散陣(DAS)消雷器(LED)已經(jīng)被實踐證明不能起到消雷作用,國家多個部委曾經(jīng)發(fā)文明令禁止使用消雷器產(chǎn)品;“拒雷器”的原理是通過有源產(chǎn)生等離子體去中和雷云的電荷,使之不與地面吸引的異性電荷放電而達到拒雷。其末端的等離子體發(fā)散針管本來是不接地的,但將其做了接地處理,成為傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針。該“拒雷器”最終的功能僅起到傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針的作用,故用戶沒有必要花費高昂的費用加裝。

該“拒雷器”產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)描述依據(jù)不明,甚至自相矛盾,其工作電源容量為1 kVA,每拒雷1次耗電1 kWh,即每拒雷1次時間在1 h左右,但給出的主動防雷響應時間僅為5 s;拒雷保護角為83°,保護半徑為8H(H為安裝高度),而拒雷保護范圍為傳統(tǒng)避雷針的64倍;每拒雷1次耗電1 kWh,卻能產(chǎn)生1015N/m3的等離子體,且范圍那么大。

等離子體由帶正電的離子和帶負電的電子,可能還有一些中性的原子和分子組成。等離子體在宏觀上一般是中性的,即所含有的正電荷和負電荷幾乎相等。僅靠雷云電場吸引(雷云為負極性時)、上升氣流輸送以及雷云電場在地面感應的正極性電場吸引就能將等離子體中的正離子、負電荷分離,且分別對雷云負電荷及雷云電場在地面感應的正離子進行中和、稀釋和均勻化,是沒有科學依據(jù)。

該“拒雷器”采用介質(zhì)阻擋放電(DBD)方式,電離空氣產(chǎn)生非平衡低溫等離子體,容量1 kVA的工作電源電離空氣能產(chǎn)生多少等離子體?足以去中和雷云電荷?再者,其介質(zhì)阻擋放電裝置安放在一個密封容器中,其內(nèi)空氣有限,空氣電離結(jié)束后如何產(chǎn)生等離子體?

從該站點遭受直接雷擊,而且是通過該“拒雷器”的等離子體發(fā)散針管接閃的事實,可以證明該產(chǎn)品起不到拒雷作用。另外,在廣東某高山站點架設(shè)的“拒雷器”在2014年3月30、31日兩次遭受雷擊,造成約9件設(shè)備損壞,再次充分說明該“拒雷器”起不到拒雷作用。

4 結(jié) 語

國際電工委員會雷電防護委員會(IEC:TC81)于2003年10月出版的《雷電防護 第一部分:通則》(IEC 62305-1)引言中的第一句話就強調(diào):雷暴是自然天氣現(xiàn)象,沒有任何設(shè)備和方法能夠防止閃電放電。

目前,國際上沒有消雷或拒雷產(chǎn)品得到IEC雷電委員會的認可。國內(nèi)也沒有任何一家非常規(guī)防雷裝置的產(chǎn)品通過國家氣象部門指定的檢測中心檢測認可。消雷或拒雷作為防止自然災害的一種方式,理論上是可以進行試驗研究的,其原理和實現(xiàn)方法還有待進一步開發(fā)。

現(xiàn)行的綜合防雷不論是技術(shù)還是產(chǎn)品,都應該符合GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和IEC 62305:2003的要求和規(guī)定,才能做到安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。