气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范

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1 范 围 本标准规定了气象信息系统的防护原则、雷电防护区的划分、屏蔽措施和线缆敷 设、雷击电涌保护及防雷装置的维护和管理。 本标准适用于新建气象信息系统 的防雷设计、施工；原有气象信息系统改造的防雷设计、施工可参照执行。 气象信息系统的防雷设计和施工除应执行本标准的规定外，尚应符合现行国家 有关标准的规定。
2 引 用 标 准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准 出版时，所示版本均为有效。所有的标准都会被修订，使用本标准的各方面应探讨 使用下列标准最新版本的可能性。 GB 9361-1988 计算机场地安全要求 GB 50054-1995 低压配电设计规范 GB 50057-1994 建筑物防雷设计规范 GB 50174-1993 电子计算机机房设计规范 GB/T 16935.1-1997 低压系统内设备的绝缘配合 第1部分 原则要求和测试 GB/T 50311-2000 建筑物与建筑物群综合布线系统工程设计规范 IEC 61024-1：1990 建筑物防雷 第l部分 通则 IEC 61312-1：1995 雷击电磁脉冲的防护 第l部 分通则 IEC/TS 61312-2：1999 雷击电磁脉冲的防护 第2部分建筑物的屏蔽，内部 等电位连接和接地 IEC 61643-1：1998 连接至低压系统的电涌保护器 第l部分特性要求及试验 方法 IEC 60364-5-534：1997 建筑物的电气装置第5部分 电气装置的选择与安装 第534章 过电压保护器件
3 定 义 本标准采用下列定义 3.1 信息系统Information system 许多类型的电子装置，包括计算机、通信设备、自动监测和控制系统等的统 称，在气象行业中主要用于气象信息的获取、处理和传输。 3.2 直击雷Direct lightning flash 雷电直接击在建筑物、大地、防雷装置或其它物体上，产生电效应、热效 应和机械力。 3.3 雷电感应lightning induction 雷击放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件 之间产生火花。 3.4 静电感应Electrostatic induction 由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电 时，先导通道中的电迅速中和，在这些导体上的感应电荷得到释放，如不就 近泄入地中就会产生很高的电位。 3.5 电磁感应Electromagnetic induction 由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应 出很高的电动势。 3.6 雷电波侵入lightning Surge on incoming Services 由于雷击对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些线侵入屋内， 危及人身安全或损坏备。 3.7 防雷装置lightning protection system,LPS． 由接闪器、引下线、接地装置、由涌保护器及其它连接导体组成的防雷 设施的总合。 3.8 外部防雷装置External lightning protection system 由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用以防护直击雷的防雷装置。 3.9 内部防雷装置Latemal lightning protection system 除外部防雷装置外，所有其它附加设施均为内部防雷装置，主要用来减小 和防护雷电流在需防护间内所产生的电磁效应。 3.10 雷电防护区IJghtning protection zone，LPZ 根据被保护设备所在位置、所能耐受的电磁场强度及要求相应采取的防护 措施而划分的防护区。 3.11 雷击电磁脉冲IJghtning electromagnetic impulse，LEMP 作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的电磁效应。绝大多数是通过连接 导体的干扰，如雷过电压或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及 电磁辐射干扰。 3.12电磁兼容性Electromagnetic compatibility，EMC 设备或系统具有在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成 不能承受的电磁骚扰的能力。
3.13 电涌保护器Surge protective device，SPD 具有非线性特点的，用以限制瞬态过电压和引导电涌电流的一种防护器具。 3.14 电压开关型SPD Voltage switching type SPD 开关型SPD在无电涌出现时呈高阻值；当电涌出现且冲击电压达到一定值 (点火电压）时，其电阻然下降变为低值。通常采用放电间隙、充气放电管、 闸流管和三端双向可控硅元件做为开关型SPD组件。 3.15电压限制型SPD Voltage limitng type SPD 箝压型SPD在无电涌出现时呈高阻值，随着电涌电流和冲击电压的增加， 其电阻跟着连续变小。通常采用压敏电阻，抑制二极管做为箝压型SPD的组件。 3.16 混合型SPD Combination type SPD 由开关型和箝压型组件组合而成，可以显示为电压开关型或电压限制型或 这二者均有的特性，这决定于所加电压的特性。 3.17 电磁屏蔽 Electromagnetic shielding 用金属材料减少交变电磁场向指定区域穿透的屏蔽。 3.18 等电位连接eΩuipotential bonding 将分开的设备各导电部分用等电位连接带、等电位连接导体或SPD连接起 来以减少设备之间或设备与其它金属体之间的电位差。这些等电位连接 导体可组成等电位连接网络。 3.19 等电位连接网络Bonding network 由一个系统的诸外露导电部分做等电位连接的导体所组成的网络。 3.20 共用接地系统Common earthing system 将防雷装置(LPS），建筑物主要金属构件、低压配电保护线(PE线）、设 备保护接地、屏蔽体接地、防静电接地和信息设备逻辑地等相互连接到 一个或多个导通的接地装置的金属装置。 3.21 接地基准点Farthing reference point，ERP 共用接地系统与一系统的等电位连接网络之间唯一的那一连接点。 3.22 单位能量Specificenergy 一闪击时间内雷电流平方对时间的积分。它代表雷电流在一单位电阻上所 产生的能量。 3.23 等电位连接带Bondingbar 将金属装置、外来导电物、电力线路、通信线路及其他电缆连于其上以能 与防雷装置做等电位连接的金属带。 3.24 等电位连接导体Bonding conductor 将分开的装置诸部分互相连接以使它们之间电位相等的导体。
4 防护原则 4.1 在进行防雷设计时，应认真调查地理、地质、气象、环境等条件和雷电 活动规律并根据信息系统的性能特点等因素，进行全面规划，综合防治。 4.2 信息系统的雷击电磁脉冲防护，宜采用雷击风险评估方法，考虑环境 因素，系统设备的重要性以及发生雷击灾害后果的严重程度，将信息系统雷 击电磁脉冲的防护分为四级，分别采用相应的防护措施。雷击风险评估方法 见附录A。 4.3 信息系统所在建(构）筑物均应按GB50057要求安装外部防雷装置。当 一个信息系统设在不需要防直击雷的建筑物内时，即按GB50057规定不属于 任一类防雷建筑物时，如需防雷击电磁脉冲时，该建筑物宜按GB50057规定 的第三类防雷建筑物采取防直击雷措施。 4.4 信息系统雷击电磁脉冲的防护技术应采用接闪、分流、屏蔽、等电位连 接(含共用接地）、合理布线、过电压和过电流电涌防护等措施进行综合防护。 4.5 防雷装置应符合国务院气象主管机构规定的使用要求。 5 雷电防护区的划分 5.1 雷电防护区划分的原则 按电磁兼容的原理把信息系统所在建筑物或构筑物按需要保护的空间由外到 内分为不同的雷电防护区(LPZ），以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲的强度 可采取相应的防护措施。 5.2 雷电防护区(LPZ）可分为： ——直击雷非防护区(LPZOA）：本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置 的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰 减，属完全暴露的不设防区。 ——直击雷防护区(LPZOB）：本区内的各类物体处在外部防雷装置保护范围 之内，应不可能遭到大于所选滚球半径的雷电流直接雷击；但本区内电磁场 未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。 ——第一屏蔽防护区(LPX1）：本区内的各类物体不可能遭受直接雷击，流经 各类导体的雷电流已经分流，比LPZOB区进一步减小：且由于建筑物的屏蔽措 施，本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减。 ——第二屏蔽防护区(LPX2）：为进一步减小所导引的电流或电磁场而增设的 后续防护区。 ——第三屏蔽防护区(LPX3）：需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感度 水平高的设备的后续防护区。 5.3 将一座内置信系统的建（构）筑物划分为几个雷电防护区的示意图1。

表示在不同雷电防护区界面上的等电位连接带 …… 表示按滚球法计算LPS接闪器的保护范围
表示起屏蔽作用的建筑物外墙，房间或其它屏蔽体和天线 LPS 外总防雷装置 交流配电屏（室） 图1 雷电防护区划分和做符合要求的等电位连接地示例 6 电位连接和共用接地 6.1 将分开的导电装置用等电位连接导体或电涌保护器连接，以减少信息系统 设备所在建筑物金属构发备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差。利用 钢筋混凝土结构的建筑物内所有金属构件的庄接建立一个三维的连接网络是实 现等电位连接的最佳选择。为方便等电位连接施工，应在一些合地方预埋等电 位连结预留件。方法如图2所示。
图2 对一内置信息系统的建筑物划分雷电防护区，进行屏蔽、等电位连接和 接地示例 6.2 进入信息系统所在建筑物的各类水管、采暖和空调管道等金属管道和电缆 的金属外层在进入建筑匦做等电位连接，燃气管道入户后应在法兰盘连接处插 入一块绝缘板，并在绝缘板两端用开关型SPD后，户内金属管道可参加等电位 连接，并与建筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，按GB50054的要求 做总等电位连接，之后接向总等电位连接带，可靠连通接地。 6.3 当电源采用TN系统时，从建筑物内总配电盘开始引进的配电线路和分支 线路必须采用TN-S系如已采用TN-C系统供电，中性线(N）与保护线(PE）除在 变压器处可以共同接地外，入户后应格分开，可通过加装SPD将TN-C系统改造 为TN-C-S系统。 6.4 在建筑物入户处，即LPZ0与LPZ1区交界处进行总等电位连接后，在后续 的雷电防护区交界处应按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主体 应包含信息系统设备本身(含外露可导电部分）、PE线、信号线缆和防静电金 属地板等。 6.5 在设有信息系统设备的室内应敷设等电位连接带，机柜、电气和电子设 备的外壳和机架、计算机直流地(逻辑地）、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、 交流地和对供电系统的相线、中性线进行电涌保护的SPD接地端等均应以最短 距离就近与这个等电位连接带直接连接。连接的基本方法应采用网型 (M）结 构或星型(S）结构。网型结构的环型等电位连接带应每隔5m经建筑物墙内钢筋、 金属立面与接地系统连结。其原则构成如图3中所示。
入户处，即LPZ0与LPZ1区交界处进行总等电位连接后，在后续的雷电防护区交 界处应按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主体应包含信息系统 设备本身(含外露可导电部分）、PE线、信号线缆和防静电金属地板等。 6.5 在设有信息系统设备的室内应敷设等电位连接带，机柜、电气和电子设备
的外壳和机架、计算机直流地(逻辑地）、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、交
流地和对供电系统的相线、中性线进行电涌保护的SPD接地端等均应以最短的距
离就近与这个等电位连接带直接连接。连接的基本方法应采用网型 (M）结构
或星型(S）结构。网型结构的环型等电位连接带应每隔5m经建筑物墙内钢筋、
金属立面与接地系统连结。其原则构成如图3中所示。

图3 接地、等电位连接和共用接地系统的构成 a —— 防雷装置的接闪器以及可能是建筑物空间屏蔽的—部分(如金属屋顶）； b —— 防雷装置的引下线以及可能是建筑物空间屏蔽的一部分(如金属立面、
墙内钢筋）； c —— 防雷装置的接地装置(接地体网络、共用接地体网络）以及可能是建筑
物空间屏蔽的一部分(基础内钢筋和基础接地体）； d —— 内部导电物体，在建筑物内及其上的金属装置(不包括电气装置），如
电梯轨道，吊车，金属地面，金属框架，各种服务性设施的金属管道，金
属电缆桥架，地面、墙和天花板的钢筋； e —— (局部）信息系统的金属组件，如箱体、壳体、机架； f —— 代表局部等电位连接带(单点连接）的接地基准点(ERP）；
g —— (局部）信息系统的网形等电位连接结构； h —— (局部）信息系统的星形等电位连接结构； i —— 固定安装的I级设备(引入PE线）和Ⅱ级设备(不引入PE线）； 等电位连接带： k —— 主要供电力线路的、供电力设备等电位连接用的总接地端(总接地带、
总接地母线、总等电位连接带）。也可用作共用等电位连接带； l —— 主要供信息线路和电缆用的、供信息设备等电位连接用的等电位连接
带(环形等电位连接带、水平等电位连接导体，在特定情况下：采用金属
板）。也可用作共用等电位连接带。用接地线多次接到接地系统上做等
电位连接(典型值为每隔5m连一次）； m —— 局部等电位连接带：1-等电位连接导体，2-接地导体，3-服务性设施
的金属管道，4-信息线路或电缆，5-电力线路或电缆； * —— 进入LPZ1区处，用于外来服务性设施的等电位连接(管道、电力和通信
线路或电缆）。 与采用S型等电位连接网络时，信息系统的所有金属组件除在接地基准点，
即ERP处连接外，均用接地系统的各组件有足够的绝缘(大于10kV,1.2/50μs）。
当采用M型等电位连接网络时，信息系统的所有金属组件不应与共用接地系统
绝缘，可以通过多点连接组合到共用接地系统中。在复杂信息系统中，可以将
S和M组合在一起。 实现等电位连接的导体，其材料与最小截面要求见表1，铜或镀锌钢质等电
位连接带的最小截面应不小于5mm²。 6.8 宜利用建筑物的基础钢筋她网作为共用接地系统。如建筑物没有翟甭蝴
筋地网，宜在建筑物四周埋设人工垂直接地体和水平环型接地体。接地体的冲
击接地电阻不宜大于4Ω。
6.9 原则上应在各雷电防护区界面处做等电位连接，但由于工艺要求或其他
原因，被保护设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近，在这种
情况下，当线路能承受可能发生的电涌电压时，电涌保护器可安装在被保护
设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位连接。 表l 连接等电位连接带或将其连接到接地设备的导体的最小截面

截面部位 材料 不同部位 总等电位连接处 （LPZOB与LPX1交界处） 局部等电位连接 （LPZ1与LPZ2交界处及以下交界处） 铜 材 16mm² 6mm² 铝 材 25mm² 10mm² 钢 材 50mm² 16mm²

7 屏蔽措施和线缆敷设 7.1 屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。为减少感应效应宜采取以下措施：外部
屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽。这些措施宜联合使用。 为改进电磁环境，所有与建筑物组合在一起的3v尺寸金属件都应等电位连接
在一起，并与防雷装置相连。如屋顶金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋
和金属门窗框架。例子见图2。 在需要保护的空间内，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端并宜在雷电
防护区交界处做等电位连接。当信息系统要求只在一端做等电位连接时，可将
屏蔽电缆穿金属管引入，金属管在一端做等电位连接。 在分开的各建筑物之间的电缆应敷设在金属管道内，如敷设在金属管、金属
格栅或钢筋成格栅疆的混凝土管道内，这些金属物从一端到另一端应是导电贯
通的，并连到各分开的建筑物的等电位连接曩上。电缆屏蔽层应连到这些带上。
当电缆屏蔽层能荷载可预见的雷电流时，该电缆可不敷设在金属管道内。 7.2 实践中建筑物或房间的大空间屏蔽是由金属支撑物、金属框架或钢筋混
凝土的钢筋这些自然构件组成的。这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽。穿入
这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连接。 当对屏蔽效率未做试验和理论研究时，磁场强度的衰减应按下列方法计算。 a） 在雷闪击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下(见图4），当无屏蔽
时所产生的无衰减磁场强度Ho，相当于处在LPZ0区内的磁场强度，应按(1）
计算： Ho=io/(2.π.S）………………………………………………（1） 式中io —— 雷电流(A），按本规范附录B(标准的附录）的表Bl和表B2选取； Sa —— 雷击点与屏蔽空间之间的平均距离，m。 Ho —— LPZ0区磁场强度，A/m。 当有屏蔽时，即在格栅形大空间屏蔽内，此空间看作是LPZ1区，磁场强度从
Ho减为H1，其值应按(2）计算
H1=Ho/10^SF/20……………………………………………（2） 式中SF —— 屏蔽系数(dB），按表2的公式计算。 表2的计算值仅对在LPZ1区内距屏蔽层有一安全距离dS/1的安全空间Vs内才有
效(见图5），ds应按（3）计算：
d S/1=w.SF/10…………………………………………………（3） 式中w —— 格栅形屏蔽的网格宽，m。 b） 在雷闪直接击在格栅形大空间屏蔽上的情况下，其内部LPZl区内Vs空间
内某点的磁场强度H1应按（4） 计算
H1=kH·jo·w/(dw·