国家与国际防雷标准和技术-关象石

通天雷神

国家与国际防雷标准和技术

关象石编

一、引言
　　1998年 10月 14日是第 29届世界标准日，国际标准化组织 ISO主席、IEC主席和 ITU秘书长发表了题为《标准在日常生活中》的祝词。祝词指出：标准是一种“基准”，它给人们提供一个事物判别的准则，质量测量的依据和兼容及互联的保障。标准的目的在于帮助和服务于社会，帮助人们享受和利用环境而不破坏环境；帮助人们塑造生活而不是把生活搞的没有头绪；帮助人们安全的生活而不致遇到危险；帮助人们掌握先进科学的方法而不落后于社会；帮助人们学会用法律来保护自己的合法权益而不被轻易损害。
　　世界三大标准化组织均在致力于国际标准化工作。IEC（国际电工委员会）在其所颁布的标准前言部分均宣称：为促进国际上的统一，各IEC国家委员会应尽最大可能地将IEC标准作为他们的标准，对国家标准与IEC相应标准中的任何分歧，应在该国家标准中明确指出。《中华人民共和国标准化法》规定。“国家鼓励采用国际标准和国外先进标准”。国家经委、计委、科委和技术监督局联合发出《关于推进采用国际标准和国外先进标准的若干规定》（1993年532号文）更明确指出：“采用国际标准和国外先进标准是我国一项重大的技术经济政策，是促进技术进步，提高产品质量，扩大对外开放，加速与国际惯例接轨，发展社会主义市场经济的重要措施。”
　　标准来自实践和科学研究，是千百万科技工作者智慧的结晶，随着技术的进步，标准也在不断地修改和更新。在IEC标准中均有如下说明：本标准出版时的版本是有效的，鼓励采用标准文件的最新版本。我国国家标准也常用下达“修订单”的形式进行标准修改，或在新标准颁布的通知中说明原标准的作废。采用和推广国际标准是世界上一项重要的廉价技术转让。目前世界上含我国在内的大多数国家，均采用等效使用的原则，大量使用国际标准，促进本国技术进步。

二、国际防雷技术标准框架
　　防雷技术标准的编制工作主要由 IEC和 ITU（国际电信联盟，过去称为CCITT）进行，根据协议IEC与ISO紧密协作。各国电工委员会（IEC国家委员会）参加 IEC关于电气和电子领域标准化的国际合作，并履行义务，将 IEC标准等效（eqv）或等同（idt）采用为该国国家标准。
　　最早的国际防雷技术标准工作是由 IEC/TC81（第81技术委员会──防雷）在1980年开始进行的，最初的目标是制定建筑物防雷标准和指南。中国是25个P成员（Participating members），属积极参加工作，承担对标准草案投票表决的义务，尽可能参加会议的国家。林维勇先生作为中国代表参加了1992年会议，目前正参加对IEC1024-l的修订工作。
　　随着电子设备遭受雷电过电压（标准中又常称大气过电压）和投切过电压（电网的投入或切除，又称操作过电压）的损失日趋严重，经IEC中央办公室协调，部分 TCSI专家加入 IEC其他有关委员会工作，而其他委员会专家又应邀加入 TCSI委员会工作，使各学科技术得以相互渗透，由于工作量的侧重不同，在防雷技术标准的颂布上，由除TC81外，相关的尚有TC64、TC37、TC77颁布的建筑物电气装置、过电压保护装置、电磁兼容（EMC）等有关标准。 ITU和 CIGRE（国际大电网会议）也分别从电信行业，供电系统行业特点，颁布涉及到本行业的防雷技术标准，其原则是在与IEC标准不矛盾的情况下制定更具体可行的技术标准。
　　在国际标准化组织卓有成效的组织下，各国专家得以充分发挥，自1990年 IECI 0241颁布后，出台了大量防雷技术标准，且有许多草案在讨论中，为解决飞速发展的电子技术与相对滞后的防护技术这一突出矛盾的中国现实提供了廉价的技术转让。

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    2．雷击电磁脉冲的防护（内部防雷）
　　IEC61312系列目前正式颁布的有1312-l通则：1995年。这个通则介绍了内部防雷的原则，同时对1992年版1024-1-l公布的雷电流参数确认和给出雷电波形图。分析和研究雷电流参数是雷击电磁脉冲（LEMP）防护的基础。
　　1998年3月IEC61312-2的投票稿“建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地”交各国IEC委员会投票，其截止时间为1998年8月31日，很快便可颁布施行。这项标准对建筑物的屏蔽计算、等电位连接网络和共用接地做出了详细的规定。最近西安交大叶佩生教授主编的《计算机机房环境技术》一书出版，在第六、七章大量引用了IEC标准，而第八章“计算机机房屏蔽技术”由于定稿时尚未拿到我们（广东省防雷中心和华云克雷公司）对IEC61312-2新版的译稿，内容有些单薄，请大家学习时注意。
　　IEC61312-3　1996主要内容是电涌保护器（SPD）；
　　IEC61312-4　主要是介绍对己建好的建筑物如何完善内部防雷的规定；
　　IEC61312-5　是内部防雷的应用指南。
　　针对通信线路的防雷，IEC编制了61663系列标准。
　　综上所述，内部防雷的主要内容有：雷电流参数和雷电波形、防雷保护区的划分、屏蔽、等电位连接及接地、合理的布线位置和电涌保护器（SPD），它们与外部防雷形成了综合防雷体系。

    3．电涌保护器（SPD）
　　电涌保护器（Surge Proteltive Device）又称浪涌保护器或过电压保护器。有些厂商称作避雷器是不妥当的，叫作防雷保安器也是错误的。IEC标准关于SPD的有：IEC61312-3，61644-1，61647-l、2、3、4，61643-l、2、3，60364-5-534，60364-4-443等。在电磁兼容（EMC）领域里还涉及到对SPD进行模拟试验的方法。这个方面的问题相当复杂，只能在此介绍一下标准，有兴趣可参阅清华大学《工科物理》杂志“现代防雷专辑”（一）、（二）。

    4．低压系统内设备的绝缘配合
　　航空设计院王厚余老师参加了IEC/TC64的工作，是国内绝缘配合技术的权威。王老师起草的《低压配电设计规范》GB50054-95和近年来宣传IEC标准以解决低压电气装置的损坏和人身伤亡问题的论文很多，值得认真学习。在TC64的标准中，我只列举IEC 60364-5-534： 1997“过电压保护装置”一节。这一节提出了建筑物电气装置的SPD的选择和安装要求。这些要求与IEC/TC81的标准原则是一致的，如为防止暴露地区受到10／350μs波形的大能量浪涌冲击，在多级保护中第一级SPD均采用开关型SPD，既使用放电间隙，第二级采用氧化锌压敏电阻（MOV）为主要元件的SPD。为解决MOV因老化而寿命终止带来的短路故障，在IEC60364-5-534中均在并联在低压线路中的SPD前端加装了F（保险丝、熔断器、RCD）。

    5．电磁兼容、ITU及其它标准及资料情况介绍
　　电磁兼容（EMC）的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物产生不允许的电磁骚扰的能力。IEC／TC77出版了大量EMC文件。由于雷电和投切过电压都是常见的外部干扰源，因此EMC文件中有许多与设备或系统的LEMP防护标准和测试标准。
　　国际电信联盟（ITU）原称CCITT，它结合电信系统的防护出版了大量的相关标准，一般称为蓝皮书或K建议系列。大家通过附件1（五）可见一斑。ITU.K系列不仅直接对电信系统有效，其原理与方法也可以在其它系统参考使用。
　　上述标准有的己正式出版，有的属内部交流使用。还有一些标准正在编译中，不久便可付印，请大家关注。
　　从事防雷减灾工作不仅要了解防雷技术标准，而且应了解服务对象的相关标准。如《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》、《建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》。又如邮电出版社大量出版了YD系列标准：涉及到综合电信营业厅设计、城市住宅区和办公楼电话通信设施验收、卫星通信地球站工程设计、本地网通信线路工程验收、共用计算机互联网工程设计、同步数字系列（SDH）微波接力通信系统工程设计等等邮电工程设计和验收规范。

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三、关于中华人民共和国（国家）标准的说明
　　国家标准分为强制性（GB）和非强制性（GB／T）又称自愿性或推荐性，由设计单位自愿选用。
　　除国家标准外，尚有行业标准（电力标准DL，邮电标准DY，铁道标准TB等）。行业标准也有自愿性标准，如 TB／T。此外，尚有地方标准DB、工程标准化协会标准CECS等。
　　我国的建筑物防雷标准最早为GBJ57-83。1994年11月由起草人林维勇先生按IEC 1024-1进行了修订，即GB50057－94《建筑物防雷设计规范》。在《规范汇编》中许多行业、系统的直击雷防护技术标准均源自GBJ57－83或GB50057-94。从现在的观点看GB50057-94是符合IEC1024-l的原则的，但有些规定已落后了。林维勇先生在一封来信中写到：“分开接地不是方向。下次修订防雷规范时，可能会将分开接地的内容（除第一类防雷建筑物的独立避雷针，架空避雷线外）删去。因等电位连接（包括50Hz人身安全）将是首选措施。它的作用和意义正逐渐为人们所接受。”
　　1996年10月29日，一批在京的专家开会发出呼吁：“只要正确遵循防雷设计规范的各个环节，就可以大大减少雷电灾害。把雷击造成的损失限制到可以接受的程度。 IEC／TCSI正在编制防雷电磁脉冲（LEMP）的一系列标准，其中对敏感电子装置的防护占有相当的条款，1995年已正式出版第一部分通则（ IECI312－ l）。我国应给予足够的关注并制定相应的规范或参照执行。”
　　1998年国家计委批准中国气象局科研项目“气象台站现代防雷技术的研究”，其中一项为“防雷技术标准”的制定，这项工作1999年10月全面完成。同时，与公安部联合编制的《计算机信息系统雷电防护技术规范》已完成，并正式实施。这几个标准可能是我国国内较早参照IEC标准综合制定的系统防雷标准，起到了积极的作用。
　　国标《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）于2004年6月1日起实施，第5.1.2、5.2.5、5.2.6、5.4.1(2)、7.2.3条（款）为强制性条文，必须严格执行。本规范制定为了防止和减少雷电对建筑物电子信息系统造成的危害，保护人民的生命和财产安全。

   规范适用于新建、扩建、改建的建筑物电子信息系统防雷的设计、施工、验收、维护和管理。

本规范不适用于易燃、易爆危险环境和场所的电子信息系统防雷。

    按本规范在进行建筑物电子信息系统防雷设计时，应根据建筑物电子信息系统的特点，将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一，按工程整体要求，进行全面规划，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

    电子信息系统的防雷必须坚持预防为主、安全第一的原则。当需要时，可在设计前对现场雷电电磁环境进行评估。

    电子信息系统的防雷应根据环境因素、雷电活动规律、设备所在雷电防护区和系统对雷电电磁脉冲的抗扰度、雷击事故受损程度以及系统设备的重要性，采取相应的防护措施。

电子信息系统应采用外部防雷（防直击雷）和内部防雷（防雷电电磁脉冲）等措施进行综合防护。

 

四、国际防雷标准简介
1．直击雷的防护（外部防雷）
　　IEC1024-1：在1990年这是第一个国际防雷标准，它适用于高度60m及以下建筑物防雷装置的设计和安装，不适用于铁路系统、建筑物外的输变电系统和输电讯系统以及移动的船舶、车辆和飞机。
　　标准中第一句话是；“防雷装置不能阻止雷闪的形成”。林维勇老师最近参加 IEC／TC81标准修改时看到这句话进行了如下修改：“应该注意到，到目前为止还没有一种装置（或方法）能阻止雷电的产生，也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法。采用金属材料接闪、引下并导入大地是目前唯一有效的外部防雷方法。”
　　在GB50057-94中，大量引用IEC的术语和定义，如防雷装置在IEC中为“用于对需要防雷的空间作防雷电效应的整个装置，它由外部防雷装置和内部防雷装置组成”。“外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成”。“内部防雷装置是除外部防雷装置以外的全部附加措施。它们可能减小雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应”。GB50057-94名词解释是：“防雷装置：接闪器、引下线、接地装置，过电压保护器及其它连接导体的总合。”请注意IEC在此提出了外部防雷与内部防雷的概念，外部防雷就是应用外部防雷装置（接闪器、引下线、接地装置或兼而有之的法拉第笼）吸引雷电并尽快和畅通无阻的将雷电流引入地中安全泄放。马宏达老师分析认为：防雷如同防洪，其原理是为雷电脉冲电流提供一条低阻抗的通道（注：外部防雷），同时防止通过磁场和电场对设备的干扰（注：内部防雷）。对半导体消雷器之争焦点首先在于其是否能阻止雷闪的形成（所谓“消雷”功能），其次在于利用非金属材料接闪（如碳素纤维外涂漆物，或如优化避雷针使用玻璃钢管内置食盐水等高阻液体）在接闪器与引下线之间串上35KΩ的“限流”物，是否会产生积极的作用，对照IEC标准说明的原理，应该是非常明白的了，迄今为止IEC的标准中未对任何非常规接闪器给予肯定。在国外只有法国、西班牙和南斯拉夫分别批准了E.S.E（具有提前放电功能的避雷针）标准，但在1992年和1995年IEC／TC81会议上，都没有作出明确的决定，既不否定，也不肯定，只是呼吁各国科学家对这类避雷装置作更深入的研究。
　　我们可从IEC1024系列标准的标题上得知，目前已颁布和尚属草案的1024-l、2、3和1-1、l-2都是外部防雷标准，但均与内部防雷关联。如1998年5月颁布的IEC1024-1-2附录B的标题为：“内部装置中抗感应电流影响的防护”。内容涉及到除外部防雷装置之外的线路屏蔽，适合的内部线缆布线路径和内部电气与通信装置的定位。同时示例说明一个建筑物上一次雷击造成的电压和能量的估算方法。IEC1024-2对高于60m的建筑物提出了防雷的附加条件，IEC1024-3对易燃易爆场所提出了附加条件。
　　IEC外部防雷标准给人总的感觉是比较细，有些国外标准如美国防火协会（NFPA780：1992）的“雷电防护规程”，英国标准（BS6651；1992）的“构筑物避雷的实用规程”，日本工业标准J15（JISA4201-1992）“构筑物等的避雷设备”也同样细致的对船舶、风力发电站、体育场、大帐篷、树木、桥梁、停泊的飞机、储罐、海滨游乐场、码头乃至露天家畜养殖场的外部防雷做出规定。特别要提出的是，一些标准对石头山地的接地装置在很难达到规定的低阻值时做出这样的规定：在地面平铺环型扁钢，并与被保护物的引下线在四个方向连接，环型地的半径不应小于5m，这种等电位连接方式同样能起作用。
　　关于外部防雷国家标准和国外标准一致认为：外部防雷的标准是建立在对雷电的统计规律上的，是在绝对保护与防雷装置耗费之间取的折衷方案。也正是GB50057-94中所讲的：“按照本规范设计的防雷装置的防雷安全度不是100％”。今年1月林维勇老师在写给我的一封信中介绍了修改GBJ57-83为GB50057-94过程中的一件事：采用滚球法后，保护范围比过去小很多，因此需增加避雷针和架空线的高度或数量，一些单位，特别是那些经常采用独立避雷针和架空线的单位有意见，最后只能将IEC规定的滚球半径加大，一类由20m加大到30m，二类由30m加大到45m，这也是一种妥协或折衷。