建筑物防雷与电子设备防雷中几个重要问题

通天雷神

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《讨论我国建筑物防雷与电子设备防雷中存在的几个重要问题》（刘继）摘要

十余年来，自从我国行政命令规定气象部门管理建筑物防雷，并要求“会同有关部委”管理全国防雷工程设计、施工资质以及工程检测以来，使社会上的民用设施防雷有章可循，有人管理，避免了无章可循无人过问的状态，对工程建设和人身与设备的安全起到了良好的作用，做出了一定的贡献。

由于气象部门主要管理建筑物和一些公用设施，面大、量广，结果那些对防雷工程、防雷知识和防雷科技史所知不多的同志，难免以偏概全，把建筑物防雷标准当作“最权威的防雷标准”，把LEMP的防护当作是“当今新课题”，这主要是因为对现代防雷技术的发展了解不够。

自1950年代初开始，中国有5所大学开设电力工程高电压专业，之后更多大学开设这门专业，至今培养电力工程高电压大学生何止数千人，硕士生博士生也在数百人以上。全世界的高电压工作者除专门从事极特殊的或军工的任务外，多数是从事防雷防内过电压、绝缘配合，有的从事高电压试验，有的从事高压电气设备制造中的高电压问题。明白学科体系的人都该了解，单学防雷学不好，将来工作也难开展。

现在有些人认为，高电压人员不是防雷人员，这种看法是不对的。

建筑物防雷≠电子设备防雷

中国防雷界将建筑物防雷和电子设备防雷两者“等同”，导致十年来很多单位和个人恰恰疏于许多电子设备、电子系统中敏感点的防护的研究。这里提出几个问题：

—电子设备防雷＝建筑防雷规范中2000年补充第六章的规定内容？

—电子设备防雷＝建筑防雷概念中的外部防雷（LPS）＋内部防雷（SPD）？

—建筑防雷国标是我国防雷标准的最高权威？

—建筑防雷国标能包括（或代替）电力系统防雷的18部标准吗？

—建筑防雷国标能包括邮电、电信的9部标准吗？

—建筑防雷标准能包括铁路火车站的通信、调度和自动化系统诸多防雷标准吗？

—建筑防雷标准能包括石油化工的诸多标准吗？

—建筑防雷标准能包括诸多科研试验设备，大型、巨型和特种实验装置（如串列加速器、托卡马克装置等）防雷与接地规定吗？

—建筑防雷标准能包括各种国防军事设施的防雷与接地规定吗？

—建筑防雷标准能包括其他各种各样的工程系统特殊设施（如广播电台、电视台、地震监测站）的防雷标准吗？

　

电子设备、电子系统的防雷系统＝直击雷防护＋电源侵入波防护＋电子系统中过电压点、危险点的防护———或者说，三足鼎立才是电子防雷必由之路。

银行、储蓄所、超市、商店、电影院、网吧、医院、办公大楼、写字楼、博物管、体育馆、会议厅、商厦、长途汽车站、火车站等，这些单位都有办公自动化设备、微型计算机等。按现在不少人理解，按照我国建筑物防雷国标的条文，做了“外部防雷”和“内部防雷”（2000年补发第六章）保护装置，确实也就基本满足了一般情况下的要求。因为办公自动化的电子设备和微机都是通用电子产品，现在早已算不了高技术设备，如按二类三类（个别是一类）设计，有了电源电路的多级保护（SPD），变换到电子系统的低压侧，多数情况过电压不会太高，除非是本建筑遭受严崎雷电参数和个别不利的环境条件（如特强雷区或高土壤电阻率地带的反击过电压，以后专门讨论），多数已不会出现过高的雷击事故率（虽然对电子设备工程应该在设计中进行评估，以后另论），正是从这种认识出发，常常被认为“现代建筑物防雷，就涵盖了电子设备防雷”。

①上述设施中也有需额外考虑的问题：如大型商厦，一些涉外单位，如大使馆的办公楼，一些军事单位，以及火车站等都有超短波电台，只按建筑国标设计，漏掉电台防雷、有线调度电话、值班室电话防雷。还有一些重要单位自身特点的电子设备，如医院的一般医疗仪器、特殊重要和贵重的专用仪器（如核磁共振仪、CT、肌电仪、特种手术设备、智能化手术设备等）等等，其直击雷和LEMP的防护不可忽略。

②几个其它有特殊电子设备的情况如北京西客站火车间的复杂调动自动化系统的危险点及额外的防护要求与上述图示之例类似，但要复杂很多倍（更是银行、办公大楼无法比拟的）。

通天雷神

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工业、电信、交通、石化、科研与国防等各行业特殊专业性建筑，均有各行业的专业标准。

⑴电力、邮电电信、铁路、石油化工、科学实验室、军事设施与国防特种工程系统执行自己的标准。

建筑防雷标准不适用电力、邮电、电信、铁路、石油化工、科研实验室、军事设施与国防特种工程系统。

三峡、小浪底水电站和秦山核电站、中大型火力发电厂的主厂房、主控室以及高电压试验室等，不仅因其结构的特殊性，更重要的是大容量、强电流、高电压电力设备及其特别精密复杂的继电保护、自动化系统，遥测、遥控、遥调等远动系统，某些在线监测与诊断装置和调度，通信系统（含计算机群的数据处理系统），运行参数显示设备、雷电（地闪点）连续定位及显示系统这些设施对建筑物有特殊的要求，民用建筑防雷规范自然不再适用。我国和国外几十年来都是建立了较完善的过电压与防雷的标准体系（防内过电压、防雷、电磁兼容与接地以及相关测试标准），我国电力行业现行的有关标准共计二十多部，其中有些是早在1950、1952、1956、1959、1964年即开始制定。

建筑防雷标准能否代替铁路、邮电和电信、石油化工各种大型科学实验设施以及国防、军事设施？

例如，铁路部门有铁路通信设计规范，铁路光缆（电缆）通信规范、铁路微波通信规范、铁路电气维修规定，铁路车站自动化等标准、手册也非建筑防雷标准所能包括的，邮电、电信则有9部防雷标准，石油化工防雷标准更有其独特性，以上这些设备的机房多有其独特的要求，它只是一个“外壳”而已，多数不能套用建筑防雷标准，因为其内的电气、电子设备具有自身的独特性，机房只能按照其内的设备要求来建筑。就以最简单的微波通信站来看吧，有塔内式机房，有塔外式机房。后者对电磁屏蔽有一定要求，而当山顶多雷和接地困难（例如接地电阻达不到4～5Ω标准值），只能达到10Ω或稍高值）时，电力部门曾采用加密屏蔽导体，改为1m×1m网格的钢筋六面体笼型结构，运行良好。又如高山多雷地带的雷达站，有的采用钢筋混凝土笼型机房。

防雷实验和检测生产方面,电力部门有完整的体系

电力部门的中国电力科学院、武汉高压研究所、东北电科院、北京电科院以及各省电力试验研究所，都有专门的试验装置从事高电压和防雷的科研试验，主要试验装置有：高达5400KV和6000KV雷电冲击电压发器、2250工频高压试验变压器、高压开关高电压强电流试验装置、高压避雷器试验装置。邮电方面有邮电科学院，铁道部有铁道科学研究院分别研究邮电电信和铁路电务设施、铁路信号、铁路通信的防雷问题；石油化工也有科研设计单位和石油大学，其经验丰富的防雷防静电专家几十年来自行解决本行的防雷问题，并制订相应的各种防雷标准。

属于高电压及防雷、电磁兼容标准

高电压专家的态度

当作者就低压配电中的防雷问题，与很多老的高电压和防雷专家教授讨论时，绝大多数并不热心，因为他们现在正在忙于西电东送，开发西部建设750千伏超高压电网，研究几层楼高的750千伏MOV问题，对0.4千伏的MOV（SPD）不感兴趣，也确实与本身工作不相关。他们正用TNA或EMTP程序计算LEMP侵入600m×600m范围内750千伏变电站时，大小数以万计设备上的过电压，用冲击电压发生器对设备检测BIL近200万伏的绝缘时，与他谈0.4KV电路中1KV残压，能引起注意吗?

通天雷神

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一些部门过去和现行的防雷标准已经满足要求，是较为先进和完善的

应该承认，新标准后来居上，关于等电位连接的实施做法及图示都比过去规程标准作得更细致周到、图示清晰；布线方面规定细致，分流计算也极细致周到。许多年轻的防雷工作者把建筑防雷标准，特别是2000年补发第六章电磁脉冲防护规定看得太高。一些电子防雷、电磁兼容专家和核电磁脉冲（NEMP）防护专家因近年才较多接触这些课题，以致也将其评价过高，实际情况如何？

电磁环境恶劣的发电厂（大型水电电站、火电厂有37座之多）、变电所，由于避雷针（线）如林，地下接地网密布（新建厂站，从EMC要求需做到最大网孔5m×5m，沿接地体暂态电位梯度不宜超过1-2V/m），所以，通信、信号以及控制电缆必要时特殊加强屏蔽再穿入接地体管。

作者1980年在水利电力部第一代调度通信大楼的计算机（日立制无屏蔽计算机）的邻近70m微波塔处采用穿接地体管后又封套工字纲对焊的第二屏蔽层，日立公司专家引用国家气象局大型计算机事故而不同意装于该处，我们告知以特殊屏蔽法，并出示我国接地规程的共地方式与气象局的计算机引外单独接地不同，日方表示同意，并借阅了中国规程（即现行版DL/T621-1997的前一版SDJ8-1979）。根据我们实测，推算这一措施的共模屏蔽效果在80-100dB，我们用于处理高电压试验装置的计算机机房都达到这样水平（外部试验100/200万伏，计算机房内运行正常）。这些控制电缆及所连自动化电子设备，都按标准进行工频耐压和冲击波试验，要按EMC标准的要求在电科院、武高所进行全套高电压试验，这样，才达到了雷电平均无故障工作时间MTBF＞400年（1KL=40d/a），这可能是我国电子设备达到的最高耐雷指标。而现在建筑防雷标准中所引用的地埋电缆段限流降压作用（l≥15m）和共地方式，等电位连接原理和做法都是《电气设备安装规程》（1950）、《过电压保护导则》1952年版、1956年版中规定，并在过电压与接地规程（DL/T620-1997、DL/T621-1997的前身）SDJ7-76、79，SDJ8-76、79中更加完善的，是在《全国防雷训练班》第一届（1954）到第四届（1963）在电力部门各设计、施工、管理（防雷专责人）、科研人员中普及的。

通天雷神

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IEC建筑防雷对LEMP防护，只是考虑得较为周到，并未见有多少新概念、新理论，而且恰在理论方面表现出对工程应用方面的了解不足，甚至多有错误。
l        确定雷击建筑物时电源一级保护器电流计算中，图3有误：引出线路只有在反击过电压作用于SPD，通过其动态电阻才能把电流引向远方，即图3需用虚线补3段，并又“截去”3段引出的导线到等电位连接带的3段。

图3 进入建筑物的各种设施之间的雷电流分配

（注：此系IEC原图，有误。虚线是作者添加，建议修正的。反击后通过SPD才能流向外边。原图上3个引出线只与虚线连接，虚线连点通过SPD接到等电位连接带，引出线虚线连接点至等电位连接带的原有线段应取消。）

l        可能由于缺乏波过程的了解，把进入建筑物的导电设施一律同待，而不管其波阻的大小，几十年前即有LEMP作用下的波阻公式，可算出低压架空线每导线260-400Ω（日本70年代实测同此），10KV高压电缆20-30Ω，0.4KV低压电缆5-10Ω，水管、气管、煤气管道的波阻取决于其直径的大小，一般估计，它与低压电缆同一量级。作者的计算表明，IEC及国标中计算例，把架空线与电缆和管道等同计算（合计根数为n）是错误的；最常见的架空线，反击电压引起的放电电流很小，多数情况是架空线近区雷直击工况才会通过几十千安的大电流。[18]

l        图4是IEC及国标中都有的，也存在不够明确和严密的问题。试问LPZ2除等电位连接带以外，该小间的底部为何不示出与大地相接，而是悬在半空？图4是有名的回字型分区，过去IEC及国外文件中表示为n个分区，一般示出三层方框，作者多年来已著文批评多次[17]，并与来华外国专家讨论，现在国标中没有列入，这是一件好事。LPZ2对建筑物在地面和对墙都互相绝缘，这是用于保密计算机，而其他一般计算机应将内方框向下划线，也与大地地网相连。

http://www.e-engineer.com.cn/tech/images/li2.gif  

图4 防雷区域划分

da-----空气中距离，不小于3m，为减小感应过电压，如有可能，适当增大，例如5m.

de----地中距离，避雷针及其接地线距建筑物接地体间应不小于3m.

建筑防雷不能包揽一切，但是也不能走另一极端，各行业各搞一套  

上世纪六、七十年代及以前，美、苏、德、日和我国电力防雷与建筑防雷都是各行其是，互不往来。我国在制订1983年版建筑防雷标准时，曾有良好的协作。1972年前后开始，我们电力防雷国标修订组与建筑防雷国标组时常协调技术参数、计算方法，是一个好的开端。今后当更密切合作，国外也有同样趋势。各标准之间，既是“各管一块”，又该互相协调，互相补充，推动防雷技术共同前进。不久前作者应邀专门写了一篇文章，强调合作的必要性[17]。事实上，低压电路防雷各国多有忽视，我们在工作中，凡适于本行业、本专业的，应积极采用，因为对一般电气、电子设备，按其执行，能得到一个起码的较好电磁环境，本专业特殊的要求，则由自己特殊研究解决。这就是三足鼎立的第三条腿：电子回路中的敏感点防护。高电压及防雷人员，担任任何专门电子设施防雷设计和事故分析、风险评估时，都必须与该专门设备人员仔细研究其全系统的电路，找出过电压产生点和电路敏感点，包括调查该设备过去的雷害情况，以及别处同类设施的雷害情况。

在通常所说的外部防雷和内部防雷，实际是直击雷防护和电源回路防护的两大屏障之外，必须建立第三个屏蔽-电子回路防护屏障。工程千差万别，这里只以数例予以说明：

① 无线电台；天馈回路防护；天线引入处保护间隙，为第一道防线，调谐器前设第二道防线，主机口处设第三道防线。多数为5GHz及下保护器，或900MHz及以下保护器。可见保护器适应频率的范围而定，有时还可多分一档25MHz及以下一档。此外，值班电话和台长电话必须防护（下同）。

② 气象台：数据线接口处防护，如200MHz级保护器，换接线轮盘常出雷电事故者，在其前加装一台保护器，如有可能，架空引进的电缆可穿入10～15m两端接地铁管。现有设备也可用100nm厚铝箔缠绕，约10层厚即可，其两端箍牢并接地，其降低LEMP电压作用明显。辽宁某海军气象台以前雷雨天停机，有时还发生雷电事故。1999年春按作者建议装设上述防雷设施，另外还装设了四层楼顶上的避雷网以及相应的围绕大楼一圈均压接地环，户内沿墙敷设了闭合式均压带，电源按常规装设了通流容量60KA（8/20μs）的SPD，电话还装了25KA SPD。6月初完工后即改为全天候运行，强雷时也照常运行，至今已安全运行4年多。未装保护前，他们的经验是凡来雷雨，停机稍迟即出事故。

③ 水库水文总站：除其电台和数据传输线采用上述防护措施外，控制室低压回路，如12V、24V回路需装保护器。

④ 大型水井群（如火车站的水源系统）：如水井阵列共10座，另有统一的控制室，水井设直击雷防护。水位信号回路和控制回路应加保护器，控制回路中12V、24V电路因常出事故，需装保护器，

⑤ 火车站蓄水池及控制、通信系统：按现在一般作法，就只在机房装LPS（外部），机房内电源装多级SPD，时常漏掉计算机、数据网络以及水位、水量、水监等监测系统等电子回路的专用保护、电台天馈回路保护、值班电话保护（笔者实地考察才知道个别单位按照建筑国标就只有前2种保护。这里举出的几种，前述第1-5以及后面几例均如此）。

⑥ 地震预报用地壳应变监测站：地壳应变探头处以及自动监测仪处应装齐纳二极管，LEMP情况下9.5V，NEMP情况下：Z=35ns（纳秒），17.5V[21][22]。

⑦ 医院特种医疗设备室：其中有达MHz的高频高电压（1.5kv及以上）设备的专门保护以及EMC特殊问题（EMC的IEC标准制订中），机器人（智能化）手术装置等的防护装置需按要求特殊研制。[23]

⑧ 激光试验中心和激光加工室：控制和测量回路的特殊防护。另外，对接地电阻值以及信号回路与接地间的EMC问题不能忽视，作者几年前曾为中科院力学研究所的电动力学实验室，应邀咨询、诊断和完成其激光试验的防雷与EMC改进工程。

世界上没有全能的防雷专家。我国规定气象部门“会同各有关部委”管理防雷工作，其意也是一般民用建筑设施之外，主要靠该行业（或部委）自己来管。电力部门以外的同行邀共同商议或研究防雷、接地、电磁兼容等问题，主要也是与该部门的同行共同研究。因为千差万别的电路只有本行业熟悉，电路若不了解，还能谈什么防雷、防电磁脉冲？
　

xiaoyanzi

500个大洋不见了，灌点赚点回来

ASP

通天好黑，贴子卖的嘣贵！

拔刀

通天大哥，太黑了吧，我怎么越看越象以前看过的，白瞎我的钱了，而且也卖得太贵了，不过还是可以看的，特别是刚接触防雷的新手，不过人家也没有那么多的钱啊，为了论坛的发展，通天大哥你就行行好吧

通天雷神

中国电力行业标准规定0.5Ω以下大接地网不允许使用摇表之类测量，而要通过30A以上大电流，用电压电流装置测量。

知道这句话我是拿多少人民币买来的吗？嘿嘿：）

通天雷神

这样好不好。凡看完着篇文章，能诚恳的解答我心中关于刘老爷子提出的那十大疑问，并把个人观点mail给我的网友，我个人赠送5000安世杰元并请喝一顿好酒：）

问题如下：
—电子设备防雷＝建筑防雷规范中2000年补充第六章的规定内容？
—电子设备防雷＝建筑防雷概念中的外部防雷（LPS）＋内部防雷（SPD）？
—建筑防雷国标是我国防雷标准的最高权威？
—建筑防雷国标能包括（或代替）电力系统防雷的18部标准吗？
—建筑防雷国标能包括邮电、电信的9部标准吗？
—建筑防雷标准能包括铁路火车站的通信、调度和自动化系统诸多防雷标准吗？
—建筑防雷标准能包括石油化工的诸多标准吗？
—建筑防雷标准能包括诸多科研试验设备，大型、巨型和特种实验装置（如串列加速器、托卡马克装置等）防雷与接地规定吗？
—建筑防雷标准能包括各种国防军事设施的防雷与接地规定吗？
—建筑防雷标准能包括其他各种各样的工程系统特殊设施（如广播电台、电视台、地震监测站）的防雷标准吗？

诚心请教各位高手。因为有些问题我有我自己的看法，虽然这十个问题最简单的答案都是“不能”，可为什么？仔细的推敲一下为什么很难。我把标准咬呀又咬，而且在我的关于培训的讲义中的标准部分把这个做为一个很关键的问题提出来，目的就是要引起注意，要找到可以论述“为什么”的人。我觉得我的脑子有点僵化，需要有高手指点一下。诚心期盼高手的指点。
　

NewOne

雷神谦虚啊！