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避雷針效能實地驗証

章任企業有限公司陳信佑
本文刊登在中華民國電機技師公會雜誌176期110頁

1. 前言

台灣常見的避雷針有增強型避雷針(IEEE 998-2012所認可的收集體積CVM)、放電式避雷針(ESE, Early Streamer Emission, 依據NFC 17-102)、吸收反射式及消雷型避雷針，這些避雷針都具有保護半徑，可用來檢討建築物是否有完整的保護。
然而很多企業主、設計師和承包商會有所疑問，就如廠家宣稱的避雷針保護半徑是否真確？況且，目前全世界尚未有公認的避雷針保護半徑測試標準，亦無實驗室可做這項測試。因此對廠商宣稱的保護半徑仍有存疑。

2. 放電式避雷針(ESE)之效能測試

有些放電式避雷針廠商會說他們的避雷針效能已經有依照NFC 17-102標準做效能測試了，這樣的說法其實只對了一半，以下是NFC 17-102的效能測試介紹：
根據NFC 17-102的規定，ESE避雷針必須要做ΔT測試1，所謂的ΔT測試，簡單的說，就是在同一個測試環境下(如圖一)，測試者先拿一個傳統式避雷針棒，測試高壓產生器之電流擊中傳統式避雷針棒的時間，然後再測試高壓產生器之電流擊中ESE避雷針的時間。假設傳統式避雷針花了500μs攔截到雷電，而ESE避雷針花了440μs攔截到雷電，則代表此ESE避雷針放電的速度比傳統式避雷針快了60μs，所以此ESE避雷針的ΔT就是60μs。

測試出ΔT之後，再依據NFC 17-102的避雷針保護半徑公式(如圖二)代入計算，即可算出避雷針的保護半徑。

(圖二) NFC 17-102 避雷針保護半徑計算公式

因此，這樣的避雷針保護半徑有二個問題：
一、此避雷針的ΔT測試是在實驗室內，測試時的溫度、濕度、高度等要素與實際安裝在現場的避雷針是否會一樣？
二、此公式是如何產生的？法國INERIS2報告也對於此公式提出質疑。

3. ERICO公司之SYSTEM 3000避雷系統實地驗證

2006年，ERICO公司發表了實地驗證的論文，其標題為：Field study on the interception efficiency of lightning protection systems and comparison with models(避雷系統攔截效率之實地驗證與模型之比較)，作者為F D'Alessandro和 N.I Petrov。針對ERICO公司所開發之避雷系統收集體積(CVM, Collection Volume Method)理論做實地驗證。
此次驗證位在馬來西亞，由於該地區的雷擊頻度相當之高，每年每平方公里大約有20次雷擊(台灣大約是0.8次3)。ERICO公司直接對建築物上的避雷針來做驗證。統計的時間從1990-2003年，本次統計的結果如下表：

建築物數量	58棟
避雷針數量	86組
建築物平均高度	57米
總觀察時間	592年
設計時的保護位準	80％
實際觀察攔截效率	88％

由上表可知，ERICO公司SYSTEM 3000之收集體積理論是非常有效的。本篇論文已經刊登在The Royal Society上，完整的內容可至網站http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/462/2069/1365查詢。

4. ERICO委託TUV對SYSTEM 3000避雷系統實地驗證

上述的論文發表後，不免還是有人會質疑：所有的數據都是ERICO公司提供的，結論還是令人懷疑。因此，ERICO公司委託第三公正單位TUV統計與檢驗，TUV統計數據後，再提供給Case Western Reserve University計算分析。此論文標題為Interception efficiency of CVM-based lightning protection systems for buildings and the fractional Poisson model (建築物依照收集體積之避雷系統之攔截效率與Poisson模型)，作者為Harold S. Haller 和 Wojbor A. Woyczynski。於今年(2016)發表。
此次統計的時間為2010-2012，一樣是在馬來西亞，結果如下：