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摘要：《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94 2000年局部修訂條文第6.3.4和6.4.7條與IEC相當(dāng)規(guī)范不同，否定電纜段的屏蔽效用是錯(cuò)誤的。這是造成當(dāng)前我國(guó)防雷過電壓保護(hù)器SPD通流容量標(biāo)準(zhǔn)混亂的根源。
一、關(guān)于反擊雷電流的討論
建筑物遭受雷擊時(shí)在雷擊點(diǎn)的地電位產(chǎn)生浮動(dòng)，其電壓值可達(dá)幾百千伏，在那里的電氣設(shè)備絕緣有被擊穿的危險(xiǎn)，采用SPD(浪涌保護(hù)器)暫態(tài)等電位聯(lián)結(jié)的辦法可使那里的電氣設(shè)備免于損壞。一棟建筑物的雷電耗能渠道要設(shè)計(jì)好，其防雷接地電阻值不宜太大，要防止雷電流向電源系統(tǒng)反灌的危險(xiǎn)。修訂規(guī)范圖6.3.4-1(見圖1)提醒人們對(duì)雷電反擊問題的重視，這是非常重要的，但作為估計(jì)反擊雷電流的分配則只適用于架空線的場(chǎng)合;不適用于有屏蔽電纜段的場(chǎng)合。在架空線引入的建筑物中要采用通流容量按10/350μs雷電流波形規(guī)范的1級(jí)SPD來宣泄這些電流，這么一來，整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)要求都要跟著提高，我國(guó)電力配電網(wǎng)現(xiàn)在采用的按8/20μs雷電流波形規(guī)范的MOV都要改換。這可不是一件小事，我們必須討論清楚。
反擊雷電流是向外流走的，智能建筑物內(nèi)為等電位沒有反擊雷電流。SPDl吸收90%雷電能量是對(duì)侵入雷電波說的，不是對(duì)反擊雷電流說的。在反擊情況下智能建筑物內(nèi)的SPD沒有1、2、3級(jí)之分。在架空線引入和引出的情況下建筑物遭受雷擊，反擊雷電流是事故向外部擴(kuò)大的根源。我國(guó)建筑物廣泛采用經(jīng)鐵管穿線引入電源線的辦法，這種進(jìn)線方法有電磁閉鎖的作用，對(duì)引入雷電波和外瀉雷電流都有保護(hù)作用。我已經(jīng)詳細(xì)地介紹過它的原理和性能[1]。IEC1312-1的第3.4.1.1條明確寫有"對(duì)屏蔽電纜，電流將沿屏蔽層流走"的說明，在電纜的芯線中沒有10/350μs的反擊雷電流排出。修訂條文第6.3.4條將有關(guān)部分改為"對(duì)有屏蔽的電纜，絕大部分的電流將沿屏蔽層流走"，并增加了第6.4.7條，后者是IECl312-1所沒有的條文。修訂條文第6.4.7條規(guī)定："當(dāng)線路有屏蔽時(shí)，通過每個(gè)SPD的雷電流可按上述確定的雷電流(即第6.3.4條的規(guī)定確定通過SPD的10/350μs雷電流幅值)的30%考慮"，由于這兩條規(guī)定，所以有人認(rèn)為"屏蔽不能減少雷電侵入波和反擊"[2]。這樣一來就把SPD的10/350μs雷電流幅值的規(guī)定硬性地加在我國(guó)配電網(wǎng)上，筆者認(rèn)為這是不合理的。這一規(guī)定將促使防雷設(shè)計(jì)人員選用過大容量的SPD，而忽略了從加強(qiáng)屏蔽的角度去保障系統(tǒng)的安全。
IEC61312-3規(guī)范圖例都是對(duì)架空線說的，因?yàn)閳D例中電纜的屏蔽層沒有兩端接地。對(duì)于電纜的屏蔽層兩端接地的情況IEC61312-3沒有涉及。在廣東省防雷中心編譯的IECl312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》三個(gè)文件的譯者前言中說明"其中IECl312-2，IECl312-3均屬工程輪廓文本"，即屬于草稿，不是正式文本。
IEC61643-1(1998-02)《連接低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)器，第一部分：性能要求和試驗(yàn)方法》中規(guī)定配電SPD通流容量為20kA(8/20us)。IEC標(biāo)準(zhǔn)的編輯不能不知道反擊雷電流的厲害，這種矛盾情況說明，當(dāng)前我們不問有無屏蔽電纜段一律按IEC1312-3規(guī)范圖例做計(jì)算來選定SPD的通流容量是不合理的。用屏蔽電纜和鐵管穿線做進(jìn)出線段是使雷電流不從芯線外流的有效辦法。采用電纜段防范反擊雷電流的破壞，王時(shí)煦先生老早在人大會(huì)堂的防雷工程設(shè)計(jì)中就采用了這一做法，我們?cè)鐣鴱?961年起對(duì)這一做法宣傳至今。我們?cè)凇督ㄖ锓览自O(shè)計(jì)》[3]一書中再次引用了清華大學(xué)在1958年進(jìn)行的試驗(yàn)，說明防雷接地與變壓器工作接地共用，采用電纜段供電才是安全的，在建筑物遭到雷擊時(shí)才無發(fā)生反擊擴(kuò)大事故的危險(xiǎn)性。我國(guó)電力系統(tǒng)采用這些措施防雷效果顯著，采用電纜加鐵管雙重屏蔽進(jìn)出線保證了電站和變電站所的防雷安全。我國(guó)配電系統(tǒng)按8/20μs雷電流波形通流容量為20kA規(guī)范的MOV做防雷效果良好，有甚么雷擊事故統(tǒng)計(jì)說明要按修訂條文改變現(xiàn)有電網(wǎng)的防雷規(guī)范呢?世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家都未采用通過SPD的10/350μs雷電流這種過分的規(guī)定，我們應(yīng)該慎重考慮它對(duì)我國(guó)防雷事業(yè)的影響。
二、關(guān)于電纜屏蔽效果的討論
修訂條文第6.4.7條規(guī)定："當(dāng)線路有屏蔽時(shí)，通過每個(gè)SPD的雷電流可按上述確定的雷電流(即第6.3.4條的規(guī)定確定通過SPD的10/350μs雷電流幅值)的30%考慮"，此條不是IEC規(guī)范的條文。修訂條文的制訂者應(yīng)說明此條制訂的依據(jù)。聽說有人將電纜兩端短路通電，工頻情況下電纜內(nèi)外各有50%電流。這種試驗(yàn)是不足為證的，因?yàn)槔纂娛敲}沖過程，不是穩(wěn)態(tài)過程。如果真的要做試驗(yàn)?zāi)蔷蛻?yīng)做埋地電纜段的脈沖放電實(shí)驗(yàn)，埋地鐵管應(yīng)按我國(guó)供電線路厚壁鐵管的實(shí)際情況模擬。讀者請(qǐng)參看許穎先生的《電纜段的雷電分流》[4]一文。該文例舉的實(shí)驗(yàn)裝置是：電纜段總長(zhǎng)142m,其中埋地段長(zhǎng)97m，實(shí)驗(yàn)中沖擊電流發(fā)生器的電容為25.5μF，電纜首端接地電阻為4.3Ω，電纜末端接地電阻為0.4Ω，沖擊電流發(fā)生器輸出的電流波形為一波頭約為10μs，總波長(zhǎng)約為30μs的短脈沖。該實(shí)驗(yàn)原來是為發(fā)電機(jī)防雷進(jìn)線段保護(hù)做的，其實(shí)驗(yàn)結(jié)論按發(fā)電機(jī)防雷指標(biāo)論述。筆者按文[4]數(shù)據(jù)和曲線總結(jié)對(duì)建筑物防雷而言可歸納為：
1.電纜首端在同樣電流下，電纜末端芯子對(duì)地電壓在電纜埋入土中時(shí)比不埋入土中低。電纜埋入土中其外表皮的泄流效應(yīng)相當(dāng)與一伸長(zhǎng)接地體，電流越大，電纜外皮向土中的泄流效應(yīng)就越大。
2.電纜埋入土中時(shí)沿電纜長(zhǎng)度測(cè)得電纜外皮電壓的分布：在沖擊電流發(fā)生器輸出電流為10，660A時(shí)，埋地15m處的電纜外皮電壓降到電纜首端電壓的50%以下;埋地30m處的電纜外皮電壓降到28%;埋地50m處電纜外皮電壓降到19%。
3.末端電纜芯線和末端電纜外皮間的電壓僅為1.1V。
我們對(duì)IEC各項(xiàng)文獻(xiàn)必須全面、準(zhǔn)確地了解。有人提出文獻(xiàn)[7]第189頁上的說明稱"在屏蔽電纜的情況下，屏蔽層的兩端應(yīng)與地直接或經(jīng)SPD等電壓連接。在這種情況，流經(jīng)電纜的雷電流的大部將流入屏蔽層(典型值50%)，小部分將流入電纜內(nèi)部的導(dǎo)體"。他們誤認(rèn)為"典型值是50%是指屏蔽層與電纜內(nèi)部導(dǎo)體各流50%，規(guī)范修訂條紋第6.4.7條規(guī)定的30%比50%少了20%。"這是極大的誤解!"典型值是50%"是指圖1中進(jìn)入"建筑物的各種服務(wù)性管線"與"接地裝置"各流過雷電流的50%(我們對(duì)這種毛估的方法有不同看法，暫且我們當(dāng)作它是對(duì)的)。IEC的多項(xiàng)文件認(rèn)為圖1的毛估辦法是典型的，同時(shí)多項(xiàng)文件又說電纜屏蔽層流過大部分雷電流，小部分流入電纜芯中。難道"大部分"和"小部分"是各占50%嗎?當(dāng)前防雷學(xué)術(shù)界有不管物理模型、不分物理過程亂套公式的(包括計(jì)算機(jī)軟件)，現(xiàn)在又出現(xiàn)了亂套本本的毛病。讓我們都謹(jǐn)慎起來，消除這種浮躁的心情。
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