雷電電磁脈沖的防護(hù) 第1部分：通則
1、總則
1.1 范圍與目標(biāo) IEC61312-1為建筑物內(nèi)或建筑物上的信息系統(tǒng)的有效的雷電防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、檢查、維護(hù)及測試提供信息。 下列情況不屬本標(biāo)準(zhǔn)范圍：車輛、船舶、航空器，而各種離岸裝置則由專門機(jī)構(gòu)制定的規(guī)程管理。 本標(biāo)準(zhǔn)不考慮系統(tǒng)設(shè)備本身。然而，本標(biāo)準(zhǔn)為信息系統(tǒng)的設(shè)計者的抗IEMP防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計者之間，為了達(dá)到最佳防護(hù)效能而進(jìn)行的合作提供一些指導(dǎo)原則。
1.2 引用標(biāo)準(zhǔn) 以下標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)的條文。在標(biāo)準(zhǔn)出版時，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。ISO及IEC的成員都持有現(xiàn)行有效的國際標(biāo)準(zhǔn)。
IEC61024-1：1990，建筑物防雷——第一部分：通則。
1.3 術(shù)語及定義 不僅IEC61024-1中給出的定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)，而且以下定義也適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.1 連接網(wǎng)絡(luò)：將系統(tǒng)的各個外露可導(dǎo)電部分連接起來的導(dǎo)體所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。
1.3.2 共用接地系統(tǒng)：連接至接地裝置的建筑物的所有互連的金屬裝置（包括外部防雷裝置）。 1.3.3 接地基準(zhǔn)點（ERP）：共用接地系統(tǒng)與（信息）系統(tǒng)的連接網(wǎng)絡(luò)間的唯一連接點。
1.3.4 環(huán)境區(qū)：規(guī)定了電磁條件的區(qū)。
1.3.5 等電位連接：在IEC61024-1中所定義，且如IEC61024-1的3.1.1中所描述的用連接線或浪涌抑制器所作的連接。
1.3.6 雷電流：雷擊點的電流。
1.3.7 雷電電磁脈沖（LEMP）：作為干擾源的閃電電流及閃電電磁場。
1.3.8 防雷區(qū)（LPZ）：雷電電磁環(huán)境需被規(guī)定并加以控制的區(qū)。
1.3.9 局部連接板：在相鄰兩防雷區(qū)界面上的連接板。
1.3.10 長時間雷擊：電流持續(xù)時間（從波前10%幅值點至波尾10%幅值點）大于幾十毫秒而小于1秒的雷擊（見圖1）。
1.3.12 浪涌保護(hù)器（SPD）：用于抑制線路傳導(dǎo)過電壓及過電流的器件，如IEC61024-1中定義的浪涌抑制器，還包括放電間隙、壓敏電阻、二極管、濾波器等。
2、干擾源
2.1 作為干擾源的雷電流 為了分析估算在LPS及與之相連的裝置中雷電流的分布，應(yīng)將雷電流源看作一個向LPS的導(dǎo)體及與其相連裝置注入雷電流（由若干個雷擊組成）的電流發(fā)生器。 不但雷電通道的電流產(chǎn)生電磁干擾，而且這一傳導(dǎo)電流也產(chǎn)生電磁干擾。附錄D說明了這一電磁耦合過程。
2.2 雷電流參數(shù) 為了模擬的需要，可假定雷電流是由以下的三部分電流組成（按一次閃擊中的各個雷擊來區(qū)分）（見圖2）。
——正或負(fù)極性的首次雷擊；
——負(fù)極性的后續(xù)雷擊；
——正或負(fù)極性的長時間雷擊。
對各種保護(hù)級別，雷擊點的雷電流參數(shù)見下列各表：
——表1，用于首次雷擊；
——表2，用于后續(xù)雷擊；
——表3，用于長時間雷擊。
表中各參數(shù)的定義見圖1。
確定雷電流參數(shù)的背景情況見附錄A。
用于分析的雷電流時間函數(shù)見附錄B。
用于測試目的，雷電流的模擬在附錄C描述。
3、防雷區(qū) 應(yīng)將需保護(hù)空間劃分為不同的防雷區(qū)（LPZ），以界定具有不同LEMP嚴(yán)酷程度的 各個空間并指明各防雷區(qū)界面上等電位連接點的位置。 以電磁條件有顯著改變作為劃區(qū)的根據(jù)。
3.1 防雷區(qū)的定義
LPZOA：本區(qū)內(nèi)物體易遭到直接雷擊，因而可能必須傳導(dǎo)全部的雷電流。本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。
LPZOB：雖然本區(qū)內(nèi)物體不易遭到直接雷擊，但區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。 LPZ1：本區(qū)內(nèi)物體不易遭到直接雷擊，在本區(qū)內(nèi)所有導(dǎo)電部件上的雷電流比在OB區(qū)內(nèi)的雷電流進(jìn)一步減小。本區(qū)內(nèi)的電磁場也可能被衰減，取決于屏蔽措施。后續(xù)防雷 區(qū)（LPZ2等）：如果要求進(jìn)一步減小傳導(dǎo)電流或電磁場，或者進(jìn)一步要求減小傳導(dǎo)電流 及電磁場，就應(yīng)引入若干后續(xù)防雷區(qū)。應(yīng)根據(jù)被保護(hù)（信息）系統(tǒng)所要求的環(huán)境區(qū)來選擇所需要的多少個后續(xù)防雷區(qū)。通常，防雷區(qū)號越高，其電磁環(huán)境參數(shù)就越低。在各個防雷區(qū)的界面處，所有金屬穿越物應(yīng)作等電位連接，也可安裝屏蔽措施。
：LPZOA、LPZOB與LPZ1之間的界面處的等電位連接在IEC61024-1的3.1中規(guī)定。建筑物內(nèi)部的電磁場受到如窗口這樣的孔洞的影響，也受金屬導(dǎo)體（如連接母線、電纜屏蔽層及電纜屏蔽管子）上的電流及電纜走向的影響。將一個需防護(hù)空間劃分成不同防雷區(qū)的一般原則示于圖3。
圖4示出將一座建筑物劃分為若干防雷區(qū)的例子。此例中所有的電力線及信號線均在一點進(jìn)入被保護(hù)空間（LPZ1），并在LPZOA、LPZOB與LPZ1之間的界面處等電位連接至等電位連接板1。此外，這些線路在LPZ1與LPZ2界面處等電位連接至內(nèi)部連接板2上。而且，建筑物的外屏蔽1等電位連接到連接板1，而內(nèi)屏蔽2等電位連接到連接板2。當(dāng)電纜從一個LPZ穿到另一個LPZ，則需在每個界面處做等電位連接。LPZ2的構(gòu)筑應(yīng)使局部雷電流不能傳入該空間并且不能穿越過該空間。
3.2 接地要求 接地應(yīng)遵守IEC61024-1的規(guī)定。如果在相鄰的建筑物之間有電力線和通訊電纜通過，應(yīng)將其接地系統(tǒng)相互連接，并且，最好在接地系統(tǒng)間有多條并行通路，以減少流經(jīng)電纜的電流。網(wǎng)格狀接地系統(tǒng)可滿足這種技術(shù)要求?？捎靡韵路椒ㄟM(jìn)一步減小雷電流效應(yīng)，例如將所有電纜穿在金屬管道或格柵型鋼筋混凝土管道內(nèi)，金屬管道和鋼筋必須并入網(wǎng)格形接地系統(tǒng)中去。 圖5示出了附有一座塔的建筑物的網(wǎng)格形接地系統(tǒng)的典型例子。
3.3 屏蔽要求 可采用雷電流幅值密度（圖B.5給出）及相應(yīng)的磁場幅值密度來評估屏蔽的有效性。 屏蔽是減小電磁干擾的基本措施。 在圖6中，從原理上將為減小感應(yīng)效應(yīng)而采取的屏蔽及布線措施表示為以下幾個方面的措施：
——外部屏蔽措施；
——適當(dāng)?shù)牟季€措施；
——線路屏蔽措施。
這些措施可組合使用。為了改善電磁環(huán)境，與建筑物相關(guān)聯(lián)的所有大小尺寸金屬部件應(yīng)該連
接在一起并且與LPS等電位連接，如金屬屋頂及金屬立面、混凝土內(nèi)鋼筋，門窗的金屬框架等（見圖7例示，其網(wǎng)孔寬度為幾十厘米）。若在被保護(hù)的空間內(nèi)使用了屏蔽電纜，其屏蔽層不僅應(yīng)在LPZ的界面處作等電位連接，而且至少應(yīng)在兩端進(jìn)行等電位連接。在分離的建筑物間布設(shè)的電纜應(yīng)敷設(shè)在金屬電纜槽中（如金屬管、槽架或混凝土中的格柵形鋼筋網(wǎng)中），這些金屬管槽應(yīng)首尾電氣貫通，并與各個建筑物的連接排等電位連接。電纜屏蔽層應(yīng)與這些連接排相連接。如果電纜屏蔽層能荷載可預(yù)見的雷電流，則可不敷設(shè)金屬電纜槽。
3.4 等電位連接的要求 等電位連接的目的在于減小防雷空間內(nèi)各金屬部件及各（信息）系統(tǒng)相互間的電位差。不僅 對LPZ內(nèi)部的金屬部件及（信息）系統(tǒng)，而且對穿越各界面的金屬部件及（信息）系統(tǒng)均應(yīng)在各區(qū)界面處作等電位連接。應(yīng)采用連接導(dǎo)線和線夾在連接排做
屬部件及（信息）系統(tǒng)均應(yīng)在各區(qū)界面處作等電位連接。應(yīng)采用連接導(dǎo)線和線夾在連接排做等電位連接，需要時采用浪涌保護(hù)器（SPD）做等電位連接（見圖8，此處接地線也作了等電位連接）。
3.4.1 防雷區(qū)界面處的等電位連接
3.4.1.1 防雷區(qū)LPZOA、LPZOB、LPZ1間界面處的等電位連接 應(yīng)對進(jìn)入建筑物的所有外來導(dǎo)電部件做等電位連接。當(dāng)外來導(dǎo)電部件與電力線及通訊線路在不同地點進(jìn)入建筑物，從而需要若干個連接排時，這些連接排不僅應(yīng)就近地連接到鋼筋及金屬立面上，而且應(yīng)就近連接至環(huán)形接地體上（見圖9）。如果沒有環(huán)形接地體，這些連接排應(yīng)分別連接至各個單獨(dú)的接地體并用一個內(nèi)部環(huán)形導(dǎo)體互連（或用一局部環(huán)形導(dǎo)體，見圖10）。如果外來導(dǎo)電部件從地面以上進(jìn)入，則連接排應(yīng)連接至墻外的水平外形導(dǎo)體上，該環(huán)形導(dǎo)體不但應(yīng)連接至鋼筋上（當(dāng)使用了鋼筋時），而且應(yīng)連接至引下線上（見圖11）。
《雷電電磁脈沖的防護(hù)》
當(dāng)外來導(dǎo)電部件以及電力線和通訊線等在地面進(jìn)入建筑物，建議在同一位置做等電位連接（見圖12例示）。這點對幾乎無屏蔽特性的建筑物尤為重要。設(shè)在設(shè)施入戶處的連接排不但應(yīng)就近連接至鋼筋上（當(dāng)使用了鋼筋時），而且應(yīng)就近連接至接地極上。
環(huán)形導(dǎo)體應(yīng)連接到鋼筋或其它屏蔽構(gòu)件上（如金屬立面），典型的連接間距為每五米作一連接。連接導(dǎo)體的最小截面見IEC61024-1表6。銅或鍍鋅鋼連接排的最小截面應(yīng)為50平方毫米。用于內(nèi)含信息系統(tǒng)的建筑物的連接排，在要求LEMP效應(yīng)需減至最小的地方，其連接排最好采用金屬板并多處連接至鋼筋或其它屏蔽構(gòu)件上。
對LPZOA及LPZ1界面上等電位連接所用的線夾及SPD，其電流參數(shù)值應(yīng)根據(jù)表1至表3的參數(shù)來選取，當(dāng)有多個導(dǎo)體相連時應(yīng)考慮分流的影響。
LPZOB及LPZ1界面上等電位連接所用的線夾及SPD，其電流參數(shù)值應(yīng)單獨(dú)估算。 LPZOB區(qū)內(nèi)的外來導(dǎo)電部件預(yù)期將流過感應(yīng)電流及小部分的雷電流。 對在地面進(jìn)入建筑物的外來導(dǎo)電部件及電力線、通訊線，應(yīng)估算在等電位連接點的各個局部雷電流?？砂慈缦路椒ㄟM(jìn)行估算。
當(dāng)不可能作個估算時，可假定總雷電流i的50%流入所考慮建筑物的LPS的接地裝置，而其余的50%的i及is在進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施（外來導(dǎo)電部件、電力線及通訊線等）間分配。流入每一種設(shè)施的電流ii為is/n，n為上述設(shè)施的個數(shù)（見圖13）。為了估算無屏蔽電纜各個芯線上的電流iv，電纜電流ii要除以芯線數(shù)m，即iv=ii/m。
對于屏蔽電纜，電流將沿屏蔽層流動。
對于民用建筑物，電話線可不列入n的計算，因為它并不影響其它設(shè)施承載電流的大小。雖然如此，電話線也應(yīng)作等電位連接，在設(shè)計等電位連接時應(yīng)以5%的雷電流作為最小值來估算。連接導(dǎo)體的截面積應(yīng)按IEC61024-1的表6及表7選取。若大于或等于25%的雷電流流過導(dǎo)體時用表6，若小于25%的雷電流流過導(dǎo)體時則用表7。SPD必須經(jīng)受得住局部的雷電流，另外應(yīng)滿足對浪涌的最大箝位電奪訴要求，同時SPD應(yīng)具有“熄滅”來自電源的續(xù)流的能力。建筑物設(shè)施入口處的最大浪涌電壓Umax必須與所涉系統(tǒng)的耐壓能力相協(xié)調(diào)。為了
獲和足夠低的Umax，各線路應(yīng)以最短的導(dǎo)線連接至等電位連接排（見圖14，UA加UL必須保持低于Umax，UA、UL未必同時出現(xiàn)）。
3.4.1.2 各后續(xù)防雷區(qū)界面上的等電位連接
LPZOA、OB及LPZ1界面上的等電位連接的一般原則也適用于各后續(xù)防雷區(qū)界面的等 電位連接。進(jìn)入防雷區(qū)界面的所有導(dǎo)電部件以及電力線、通訊線都應(yīng)在界面處作等電位連接。應(yīng)采用一局部連接排作此類的等電位連接，屏蔽構(gòu)件或其它局部金屬結(jié)構(gòu)（如設(shè)備外殼）也應(yīng)連接到此局部連接排上。用作等電位連接的線夾及SPD，應(yīng)分別估算其電流參數(shù)。LPZ界面處的最大浪涌電壓應(yīng)與所涉系統(tǒng)的耐壓能力相協(xié)調(diào)。不同防雷區(qū)界面的各個SPD在能量耐受能力方面也應(yīng)相互協(xié)調(diào)。
3.4.2 需保護(hù)空間內(nèi)設(shè)備的等電位連接
3.4.2.1 內(nèi)部導(dǎo)電部件的等電位連接
諸如電梯軌道、吊車、金屬地板、金屬門框、設(shè)施管線、電纜槽等所有大尺寸的內(nèi)部導(dǎo)電部件都應(yīng)以最短路徑與最近的等電位連接排或其它已作了等電位連接的金屬結(jié)構(gòu)作等電位連接。導(dǎo)電部件作額外多重互連是有好處的。
連接導(dǎo)體的截面積按IEC61024-1表7選取。
在各個連接部件中，預(yù)期僅流過一小部分的雷電流。
3.4.2.2 信息系統(tǒng)的等電位連接
為獲得一個低電感的網(wǎng)格狀接地系統(tǒng)，將外部LPS并入建筑物的共用接地系統(tǒng)，金屬裝置均與該共用接地系統(tǒng)等電位連接（見3.4.2.1）。
對信息系統(tǒng)的各個外露可導(dǎo)電部件應(yīng)建立等電位連接網(wǎng)絡(luò)。原理上，等電位連接網(wǎng)絡(luò)無需連到大地，但此處所考慮的所有等電位連接網(wǎng)絡(luò)均是接地的。
信息系統(tǒng)的金屬部件如箱體、外殼、機(jī)架等與建筑物的共用接地系統(tǒng)的等電位連接有兩種主要方法，如圖15所示。
應(yīng)采用兩種基本等電位連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一種
——S型（星型）結(jié)構(gòu)
——M型（網(wǎng)絡(luò)型）結(jié)構(gòu)
當(dāng)采用S型連接網(wǎng)絡(luò)時，（信息）系統(tǒng)的所有金屬部件，除在連接點外，應(yīng)與共用接地系統(tǒng)部件有足夠的絕緣。
通常，S型連接網(wǎng)絡(luò)用于相對較小的、局部封閉的（信息）系統(tǒng)，所有設(shè)施及電纜僅在一點進(jìn)入該系統(tǒng)。
S型連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該僅以一點（接地基準(zhǔn)點ERP）連接方式并入共用接地系統(tǒng)，從而構(gòu)成SS型等電位連接網(wǎng)絡(luò)（見圖15）。同時在此情況下，為了避免構(gòu)成感應(yīng)環(huán)路，各設(shè)備間的所有連接線路及電纜應(yīng)與按星型布置的各條等電位連接線平行布線。由于是單點連接因而沒有與雷電相關(guān)的低頻電流能進(jìn)入信息系統(tǒng)中，此外，信息系統(tǒng)內(nèi)部的低頻干擾源也不能產(chǎn)生地電流。此唯一的連接點亦是連接SPD以限制傳導(dǎo)過電壓的理想連接點。
當(dāng)使用M型連接網(wǎng)絡(luò)時，（信息）系統(tǒng)的金屬部件不必與共用接地系統(tǒng)部件絕緣。M型連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)以多點連接方式并入共用接地系統(tǒng)，從而構(gòu)成Mm型等電位連接網(wǎng)絡(luò)。
至此，獲得了一個對高頻來說也為低阻抗的網(wǎng)絡(luò)。而且，連接網(wǎng)絡(luò)的多個短路環(huán)路對磁場也起到多個衰減環(huán)路的作用，從而對信息系統(tǒng)附近的原有磁場加以衰減。
在一個復(fù)雜的系統(tǒng)中，可將兩種類型結(jié)構(gòu)（S型和M型）的優(yōu)點結(jié)合起來，如圖16所示。一個S型局部等電位連接網(wǎng)絡(luò)可與一個網(wǎng)狀（M型）結(jié)構(gòu)組合在一起， 組合1。
此外，一個M型局部等電位連接網(wǎng)絡(luò)可在ERP與共用接地系統(tǒng)相連（圖16組合2）。在此組合中，局部連接網(wǎng)絡(luò)以及各設(shè)備的所有金屬部件應(yīng)與共用接地系統(tǒng)的各部件有足夠的絕緣，而且所有設(shè)施及電纜在ERP進(jìn)入該信息系統(tǒng)。通常，等電位連接網(wǎng)絡(luò)是在LPZ的界面處與共用接地系統(tǒng)相連，雖然這不是強(qiáng)制性的。
