在無(wú)地泄放的“等電位”避雷器防雷時(shí)，雷電流的去處

1、有人問(wèn)，“等電位”避雷時(shí)，雷擊電流不流入設(shè)備，也不直接接地，那么雷電能量到哪去呢 ？要知道這個(gè)問(wèn)題請(qǐng)看下列答復(fù)。

答：談到這個(gè)問(wèn)題之前，我們先從一個(gè)小試驗(yàn)說(shuō)起，假如一臺(tái)不用接地的用電器，離電源很遠(yuǎn)（100m以上），當(dāng)用電器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整段電線都有*的電流通過(guò)，然而，如果我們把用電器近旁的開(kāi)關(guān)瞬間關(guān)閉，使用電器停止工作。此時(shí)，從用電器至電源的整段線路應(yīng)該隨即毫無(wú)電流。本來(lái)存在整條線路中的電流在毫無(wú)泄放的情況下為何能消失？

      這個(gè)試驗(yàn)告訴我們，電流的消失并非一定要由泄放這種形式來(lái)處理。從電子結(jié)構(gòu)的原理來(lái)看，電流的形成是由于電場(chǎng)力的作用下（即電位差存在的情況下），使導(dǎo)體里雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的自由電子做定向排列運(yùn)動(dòng)。當(dāng)我們?cè)谀程幓蚰承┎课患尤胍粋€(gè)外力，使外力和電場(chǎng)力大小相等，方向相反時(shí)，電場(chǎng)力就再也無(wú)法使自由電子作定向移動(dòng)，此時(shí)在某處或某部位就不會(huì)有電流存在。

     然而，從能量守衡定律來(lái)說(shuō)，雷電流的能量既然無(wú)泄放，那得有個(gè)去處，它不能不翼而飛。這部分能量在非泄放時(shí)肯定要轉(zhuǎn)為其他形式的能。轉(zhuǎn)變成什么能？如何轉(zhuǎn)變？

      我們知道，物體的分子總是在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，因這種運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，故叫分子的熱運(yùn)動(dòng)。熱運(yùn)動(dòng)使得分子具有動(dòng)能；另外分子之間具有吸引力又存在斥力，這二種力使得分子具有勢(shì)能，而分子之間的動(dòng)能和勢(shì)能的總和叫物體的內(nèi)能。

     至此我們得知，當(dāng)我們?cè)谀程幐淖冏杂呻娮佣ㄏ蚺帕械倪\(yùn)動(dòng)形式時(shí)，雖然某一方向的電流已消失，但自由電子仍然在運(yùn)動(dòng)，只是此時(shí)的運(yùn)動(dòng)形式和方向改變了而已。這時(shí)的自由電子，或者變成另一定向運(yùn)動(dòng)；或者恢復(fù)到雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)形式。1、當(dāng)自由電子形成另一定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，又形成了另一方向的電流而流向別處；當(dāng)然，這里的別處也包括其他支路上和接了地的地下。2、當(dāng)自由電子恢復(fù)到雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)形式，原自由電子定向排列移動(dòng)時(shí)的能量還存在，即具動(dòng)能。而這部份動(dòng)能可能分為三種形式；一種形式和使它改變運(yùn)動(dòng)形式、方向及速度的力而抵銷；一種形式用于改變分子之間的斥力的勢(shì)能而做功；后一形式是使自由電子雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的速度比相對(duì)靜止時(shí)雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的速度加快了。所有這三種形式的能量的變化，都會(huì)使得一定范圍內(nèi)物體的內(nèi)能增加，熱運(yùn)動(dòng)加快，從而使有關(guān)物質(zhì)的溫度升高，過(guò)高溫度會(huì)變成熱傳遞到較低溫度的物體里。（常見(jiàn)的是散發(fā)在空氣里）。即在“等電位”處理后電流不能流入設(shè)備又不向地直接泄放時(shí)，就會(huì)使過(guò)多的熱量在一定的線路上、避雷器上、被保護(hù)設(shè)備的金屬外殼及與之做了“等電位”連結(jié)的金屬物體上進(jìn)行傳遞并在空氣中散發(fā)。這就是無(wú)地泄放時(shí)雷電流能量的去處。事實(shí)上，靠接地泄放時(shí)的雷電流能量終也是成為熱量而消失，只不過(guò)它的熱量多都在引下線，地網(wǎng)及地下泥土里散發(fā)而已。

綜上所述我們得知，當(dāng)沒(méi)有接地時(shí)雷電能量大部分是通過(guò)在線路或者被等電位連接的金屬物體上變成熱量而散發(fā)出去了，即轉(zhuǎn)變成了熱能。

     另外，還有一部分雷電流會(huì)在線路流通時(shí)隨即會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)，這就使得它轉(zhuǎn)變成了磁能。

所以說(shuō)并非只有靠直接接地泄放一種途徑來(lái)處理雷電能量的。 

2、“等電位”避雷器無(wú)地泄放時(shí)雷電能量不在地下散熱處理，對(duì)線路危害大嗎？

  人們不禁要問(wèn)，把雷電能量*在線路和相關(guān)物體上變成熱量而不泄放到泥土里，會(huì)不會(huì)因溫度過(guò)高而對(duì)線路及有關(guān)物質(zhì)造成極大隱患呢？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我們的回答是“不會(huì)！”或者“會(huì)！”，此話何解？

實(shí)際是指在不同情況下而說(shuō)的。當(dāng)我們說(shuō)“不會(huì)！”時(shí)，就是說(shuō)在二個(gè)條件成立下才是不會(huì)有隱患；個(gè)條件是當(dāng)在弱電線路的防雷時(shí)，不接地也不會(huì)造成線路隱患；第二個(gè)條件是雖然在強(qiáng)電（220V以上）線路上的防雷，但如果就近所保護(hù)設(shè)備及其相關(guān)的金屬物體有足夠的質(zhì)量且和避雷器做了符合要求的“等電位”連結(jié)時(shí)，不接地的感應(yīng)的雷電的能量也不會(huì)造成隱患。下面就分別從兩個(gè)方面來(lái)述說(shuō)在兩個(gè)條件下不會(huì)造成隱患的道理。

1）  在弱電線路的防雷時(shí)，不接地也不會(huì)造成線路隱患原因是：

在弱電防雷時(shí)的原因是所*的，弱電的雷電感應(yīng)極弱，大通常也不會(huì)超過(guò)5KA，一般 都在1～2（KA），這時(shí)的能量是很小，我們可以舉例計(jì)算弱電防雷不接地情況下的一般結(jié)果。

我們假設(shè)在某銅線橫截面積為0.1mm²  ，長(zhǎng)度100m  的信號(hào)線,感應(yīng)為5KA的感應(yīng)雷，雷電脈沖持續(xù)時(shí)間為10us時(shí),全部轉(zhuǎn)為熱量時(shí)使銅線及相關(guān)物體的溫度升高多少？

根據(jù)公式ρ=RS/L,可知該 線的電阻R=ρ*L/s

我們又假設(shè)當(dāng)夏天下雨打雷的情況下中午溫度為30℃

那么根據(jù)公式ρ=ρo(1+at)可得30℃純銅的電阻率為

ρ=0.016（1+0.00393*30）≈0.0179( mm²/m)

此時(shí)該段銅導(dǎo)線的電阻為:

             R=ρ*L/s= 

根據(jù)熱量公式Q=I²RT=（5000）²*17.9*10^-5=25*10⁶*17.9*10^-5=25*17.9*10= 4475（J）

根據(jù)常規(guī)該線電線和避雷器，及被保護(hù)設(shè)備在加上其它做了“等電位”連接的物體，他們的質(zhì)量總和至少不少于10KG，而以下我們計(jì)算時(shí)則以10KG為例。

又依銅比熱容的公式Q= CM△T，△T=Q/cm=4475/0.39*10³*10=1.15℃

同理可得在該導(dǎo)線感應(yīng)雷為10KA時(shí)，如*不泄放而變成熱能在線路上的溫度會(huì)增高4.5℃。

我們知道導(dǎo)線絕緣層的PVC一般的溶點(diǎn)是120℃，根據(jù)以上計(jì)算出來(lái)升高的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不會(huì)在線路以及相關(guān)物體上造成隱患。

2）  強(qiáng)電（220V）以上的防雷，所保護(hù)設(shè)備及相關(guān)金屬物體有足夠質(zhì)量且就近做了符合要求的“等電位”連結(jié)時(shí)的原因是： 

   我們說(shuō)過(guò)“等電位”避雷器的基本思維是不讓過(guò)大的雷電流流入設(shè)備，對(duì)于其流向哪里、或說(shuō)雷電能量去了哪里，既“不管”也“要管”。所謂“不管”，是從保護(hù)設(shè)備的角度來(lái)說(shuō)；所謂“要管”，則是從線路的安全和避雷器使用壽命的目的來(lái)講?；蛘哒f(shuō)從避雷的目的來(lái)講。既然這樣，顯然是要“要管”。即要考慮到線路的安全和避雷器的使用壽命。

  這就是說(shuō)，如果感應(yīng)雷較強(qiáng)時(shí)，雷電能量不通過(guò)泄放到大地變成熱能處理時(shí)，就要在線路上及做了“等電位”連結(jié)的金屬物體上變成熱量而散發(fā)出來(lái)。這時(shí)根據(jù)比熱容△T=Q/cm.，一定的熱量和質(zhì)量成反比，有足夠質(zhì)量的物體時(shí)，溫度的升高就會(huì)變得有限，這樣就會(huì)在它們的安全范圍內(nèi)（典型的是導(dǎo)線絕緣層的PVC一般的溶點(diǎn)是120℃）。所以，只要有足夠質(zhì)量的金屬物質(zhì)就近和避雷器及所保護(hù)的設(shè)備做了符合要求的等電位連接時(shí)，線路就不會(huì)有隱患，這樣避雷器使用壽命也會(huì)相對(duì)于延長(zhǎng)。

 所以說(shuō)，一定條件下，強(qiáng)電防雷無(wú)地泄放時(shí)也不會(huì)有隱患。

后，值得提醒的是，強(qiáng)電（220V以上）防雷的“等電位”避雷器不在保護(hù)設(shè)備就近，且無(wú)足夠質(zhì)量的金屬物體做“等電位”連結(jié)時(shí)，（如保護(hù)供電線路上三級(jí)防雷的避雷器），顯然就得接地，且和傳統(tǒng)避雷器一樣，接地電阻越低越好了。這樣，因接地體泄放了大部分雷電電流，既避免了雷電流在線路上散熱時(shí)過(guò)高的溫度對(duì)有關(guān)物體的危害，又防止了較大的雷電流對(duì)避雷器的經(jīng)常沖擊，從而延長(zhǎng)了避雷器的使用壽命。

  故此，希望廣大用戶使用“等電位”避雷器時(shí)恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用，以得到理想的效果！