（免费下载）GB/T 19271.1-2003 雷电电磁脉冲的防护 第1部分：通则
1 总 则
1.1 范围
本部分为建筑物内或建筑物上的信息系统的有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护及测试提供信息。
下列情况不属于本标准范围：车辆、船舶、航空器。各种离岸装置由专门机构制定的法规管理。
本部分不考虑系统设备本身。然而，本部分为信息系统的设计者与LEMP防护系统的设计者之间，为了达到最佳防护效能而进行的合作提供一些指导原则。
1.2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB／T 19271的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
IEC 61024-1：1990 建筑物防雷 第1部分：通则
2 干扰源
2.1 作为干扰源的雷电流
为了分析估算在LPS及与之等电位连接的装置中雷电流的分布，应将雷电流源看作一个向LPS的导体及与其相连装置注入雷电流(由若干个雷击组成)的电流发生器。
不但雷电通道的电流产生电磁干扰，而且这一传导电流也产生电磁干扰。附录D说明了这些电磁耦合过程。
2.2 雷电流参数
为了模拟的需要，依照一次闪电中的各次雷击(见图2)，假定雷电流由以下的三种组成：
——正或负极性的首次雷击；
——负极性的后续雷击；
——正或负极性的长时间雷击。
对各种保护级别，雷击点的雷电流参数见下列各表：
——表1，用于首次雷击；
——表2，用于后续雷击；
——表3，用于长时间雷击。
表中各参数的定义见图1。
确定雷电流参数的背景资料参见附录A。
用于分析的雷电流时间函数参见附录B。
用于测试的雷电流的模拟参见附录C。
3 防雷区
3.1 防雷区的定义
LPZ 0A：本区内物体易遭到直接雷击，因而可能必须传导全部的雷电流。本区内电磁场没有衰减。
LPZ 0B：虽然本区内物体不易遭到直接雷击，但区内产生未被衰减的电磁场。
LPZ1：本区内物体不易遭到直接雷击，本区内所有导电部件上的雷电流比在LPZ 0B区内的雷电流进一步减小。本区内的电磁场也可能被衰减，取决于屏蔽措施。
后续防雷区(LPZ2等)：如果要求进一步减小传导电流或电磁场，就应引入若干后续防雷区。应根据被保护系统所要求的环境区来选择所需后续防雷区的个数。
通常，防雷区序号越高，其电磁环境参数就越低。
在各个防雷区的界面处，所有穿越的金属物应作等电位连接，也可采取屏蔽措施。
注：LPZ 0A、LPZ 0B与LPZ1之间的界面处的等电位连接在IEC 61024-1：1990的3.1中规定。建筑物内部的电磁场受到如窗口这样的孔洞的影响，也受金属导体(如等电位连接带、电缆屏蔽层及电缆屏蔽管子)上的电流及电缆布线方式的影响。
将一个需要防护的空间划分成不同防雷区的一般原则示于图3。
图4给出将一座建筑物划分为若干防雷区的例子。此例中所有的电力线及信号线均在一点进入被保护空间(LPZ 1)，并在LPZ 0A、LPZ 0B与LPZ 1之间的界面处等电位连接至等电位连接带1。此外，这些线路在LPZ 1与LPZ 2界面处等电位连接至内部等电位连接带2上。而且，建筑物的外屏蔽1等电位连接到等电位连接带1，而内屏蔽2等电位连接到等电位连接带2。电缆从一个LPZ穿到另一LPZ，则需在每个界面处做等电位连接。LPZ2的构成应使局部雷电流不能传入该空间也不能穿越过该空间。
3.2 接地要求
接地应遵守IEC 61024-1的规定。
如果在相邻的建筑物之间有电力和通讯电缆通过，应将其接地系统相互连接，并且，最好在接地系统间有多条并行通路，以减少流经电缆的电流。网格状接地系统可满足这种技术要求。
可用以下方法进一步减小雷电流效应，例如将所有电缆穿在金属管道或格栅型钢筋混凝土管道内，金属管道和钢筋必须汇集到网格形接地系统中去。
图5示出了附有一座塔的建筑物的网格形接地系统的典型例子。
3.3 屏蔽要求
应采用雷电流幅值密度(图B.5给出)及相应的磁场幅值密度来评估屏蔽效能。
屏蔽是减小电磁干扰的基本措施。
在图6中，原则上示出了为减小感应效应而采取的屏蔽及布线措施：
——外部屏蔽措施；
——适当的布线措施；
——线路屏蔽措施。
这些措施可组合使用。
为了改善电磁环境，与建筑物相关联的所有大尺寸金属部件应连接在一起并且与LPS等电位连接，如金属屋顶及金属立面、混凝土内钢筋、门窗的金属框架等(见图7例示，其网孔宽度为几十厘米)。
若在被保护的空间内使用屏蔽电缆，它们的屏蔽层至少应在两端进行等电位连接，假如经过LPZ，还应在其界面处再作等电位连接。
在分离的建筑物间布设的电缆应敷设在金属电缆槽中(如金属管、槽架或混凝土中的格栅形钢筋网)，这些金属管槽应首尾电气贯通，并应与各个建筑物的等电位连接带等电位连接。电缆屏蔽层应与这些等电位连接带相连接。如果电缆屏蔽层能承载可预见的雷电流，则可不敷设金属电缆槽。
附录A 确定雷电流参数的背景资料
A.1 参数的概率
2.2条所确定的雷电流参量是根据国际大电网会议(CIGRE)在Electra 41(1975)及Electra 69(1980)给出的结果而确定的。
在图A.1中，示出了若干参量的概率。这些概率本质上是相互独立的。
A.2 首次雷击和长时间雷击
表1将雷电流、电荷量、单位能量及持续时间等参数量组合在一起，因为它们中的每一个参数往往决定了一种事故机理。作为初步探讨，可认为所有雷击的10％是正极性的而90％是负极性的。尽管正极性雷击与负极性雷击之比是很低的，但正是正极性雷击(仅由首次雷击及长时间雷击构成)决定了所考虑的I、Q及W／R等参数的最大值。如果按照Ⅰ级保护，要使差不多所有雷击的99％都被包括进去，则要以概率低于10％的正雷击来决定峰值电流I、雷击电荷Qf、短时雷击电荷Qs以及单位能量W／R等参数的最大值。(相对应的概率为1％的负雷击的这些参数值，远比概率为10％的正雷击的参数值小许多，故可不予考虑)。
注：一个更精确的雷电流参数的估算正在考虑中。
A.3 后续雷击
负极性的后续雷击决定了波前电流的平均上升速率的最大值。如果按照Ⅰ级保护，要使大约99％的雷击都包括进去，则宜考虑概率小于1％的负极性后续雷击。
据图A.1曲线15(波前的30％与90％间电流的平均上升速率概率曲线)，概率略低于1％时的整数值为：
此值取作为波前电流上升速率的平均值I／T1。
同样，根据图A.1曲线2，概率略低于1％时Ⅰ的整数值为50kA。由此得出对应的视在波前时间为：
A.4 不同的保护级别
以保护级别Ⅰ所确定的值的75％及50％作为保护级别Ⅱ和保护级别Ⅲ～Ⅳ的相应确定值。
这些确定值列于表1至表3中。
图A.1 雷电流参数的概率
附录B 用于分析的雷电流时间函数
附录B 用于分析的雷电流时间函数
为了进行分析，首次雷击(10／350μs)及后续雷击(0．25／100μs)雷电流波形可定义为：
式中：
I——峰值电流；
h——峰值电流校正系数；
t——时间；
τ1——波前时间常数；
τ2——波尾时间常数。
为了得出各种不同保护级别的首次雷击及后续雷击的电流波形，应采用表B．1中给出的参数。得到的解析曲线绘于图B．1～图B．4。
长时间雷击可用平均电流为I、持续时间为表3中的T的矩形波来描述。
从这些解析曲线可导出雷电流的幅值密度，参见图B．5。
图B.1 首次雷击的电流上升波形
图B.2 首次雷击的电流波尾波形
图B.3 后续雷击的电流上升波形
图B.4 后续雷击的电流波尾波形
图B.5 保护级别Ⅰ的雷电流幅值密度
附录C 用于测试的雷电流的模拟
C.1 雷电流高能量部分的模拟
表C.1、表C.2定义了测试参数，图C.1给出了测试发生器电路图，利用这些参数及发生器可模拟与直接雷击相关的雷电流的高能量部分。
这些测试是用来评估被测试物的机械牢固性以及免除发生有害的发热及熔化效应的能力。这一模拟是用一个短时雷击及一个长时间雷击进行的。
依据本方法进行的模拟包括了以下的参数：峰值电流I、短时雷击电荷量Qs、长时间雷击电荷量Q1以及单位能量W／R。
短时雷击波形的定义见图1。
短时雷击的测试参数(包括I、Qs及W／R)由表C.1给出。
要在同一个脉冲中获得I、Qs及W／R等测试参数(具有相应的容差)。可以用一个T2为350μs的近似指数衰减电流脉冲来获得这些参数。
长时间雷击波形的定义见图1。
长时间雷击的测试参数(包括持续时间为T的能量Q1)由表C.2给出。
注：当一个系统遭雷击时，雷电流将在系统内部分配。当对系统的个别的输入及输出端进行测试时，必须考虑雷击时雷电流的分配，因而须为系统的各个部件选取适当的测试参数。为此，必须进行系统分析。
一个测试发生器的例子示于图C.1。
测试应以一个短时雷击(参数如表C.1)及一个长时间雷击(参数如表C.2)进行。危许长时间雷击紧随在短时雷击之后。电弧熔化测试宜用两种极性的雷击进行。
C.2 雷电流快速上升的模拟
电流的上升速率连同耦合机理决定了在荷载雷电流的导体附近的环路中以及载流导体本身磁感应电压及电流的大小。本条只涉及雷电流的模拟。
规定了测试参数并示出了测试发生器的电路图，可利用这些参数及发生器来模拟与直接雷击相关的雷电流的快速上升部分。此模拟适用于首次短时雷击及后续短时雷击的模拟。
可单独地进行本测试或者与C.1所述的方法组合起来进行测试。
根据本方法所进行的模拟涉及短时雷击的电流上升速率△i／△t。电流的波尾部分对这类模拟无关紧要。
短时雷击波形的定义见图C.2。
测试参数为时间△t内的电流变化量△i。表C.3给出了这些参数。
注：当一个系统遭雷击时，雷电流将在系统内部分配。当对系统的个别的输入及输出端进行测试时，必须考虑雷击时雷电流的分配，因而须对系统的各个部件选取适当的测试参数。为此，必须进行系统分析。
测试发生器的例子示于图C.3及图C.4。
注：用于测试的其他的参数、发生器以及测试方法正在考虑中。
图C.2 根据表C.3的电流上升波形
表C.1 短时雷击参量
表C.2 长时间雷击参量
表C.3 短时雷击参量
图C.1 模拟短时雷击电流及长时间雷击电流的典型测试电路
图C.3 模拟首次雷击电流上升的典型测试电路
图C.4 模拟后续雷击电流上升的典型测试电路
附录D 电磁耦合过程
D.1 耦合机理
为了实用目的同时为了能用包含集总参数的等效电路来进行研究，将耦合过程分为电阻性耦合、磁场耦合及电场耦合是有好处的。
由于直接雷击而对信息系统的瞬态耦合可起因于下列不同的机理：
——电阻性耦合(例如：由于接地电阻或电缆屏蔽层电阻引起的耦合)；
——磁场耦合(例如：由于装置构成的环路或连接线的电感引起的耦合)；
——电场耦合(例如：由于杆状天线引起的耦合)。
由建筑物内设备引起的电场耦合通常比磁场耦合小。
耦合受以下因素影响：
——接地；
——等电位连接；
——屏蔽；
——金属导体的走向与布局。
D.2 电阻性耦合
当建筑物遭到雷击时，入地的雷电流通常在LPS与远地之间产生几百kV量级的电压，此电压值取决于接地电阻值。这就是与建筑物有等电位连接并接至远处大地的外来导体(如电缆)，有局部雷电流流过的原因。
电缆屏蔽层流过的局部雷电流导致在内部芯线与屏蔽层间产生电压。
D.3 磁场耦合
雷电流不论其在导体中流过或在雷电通道中流过，都产生磁场，该磁场在远至100m的范围内，其强度正比于时变电流值。
磁场强度／H(t)与传导雷电流i的单一长直道路中心间的距离r成反比：
H(t)＝i(t)／2πr
某些情况下可应用这一公式作简单的估算，但在大多数情况下宜对磁场作详细的分析。
在磁场与导体有交链的地方，它就在环路(由这些导体构成)中产生与dH／dt成正比的电压。这就称之为磁感应。
D.4 电场耦合
在形成主放电之前的瞬间必须考虑在整个雷击区(由雷击点起最远大约100m范围)内达到空气击穿放电场强(在500kV／m的范围内)的各争场强。
主放电形成后，就必须考虑电场的衰减消失以及电场变化(范围为500(kV／m)／μs)的影响。
附录E 防护管理
附录E 防护管理
一座新建建筑物或在现有建筑内安装一套新信息系统的规划的早期阶段就宜提出LEMP防护的问题。
通常，通过防雷专家的参与，从而与防雷设计相协调，这是建筑物的建筑设计师和工程师的职责。
为了建立并维持技术上、经济上都为最佳的LEMP防护系统设计，防护管理是需要的。LEMP防护的设计宜与LPS的设计一起进行。
宜遵循的防护管理的各个步骤如表E.1所示。
表E.1 新建建筑物以及建筑物结构或用途有重大改变的LEMP防护管理
