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对GB50343若干技术问题的质疑 关象石 （中国气象学会防雷研究会 北京 100081） 摘 要：《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的起草人介绍该标准主要是依据IEC/TC81标准和GB50057标准进行编制的。但该标准中存在许多与IEC/TC81标准和GB50057的矛盾之处。本文对其中的矛盾进行了分析并提出质疑。 关键词：防雷标准 矛盾 修正意见 引言 2004年第3期《电气设计与设备》刊登了“《建筑物电子信息系统防雷技术规范》简介”一文。文中称该标准的“编制主要依据：1）IEC61024《建筑物防雷》系列标准。2）IEC61312《雷电电磁脉冲防护》系列标准。3）GB50057-94（2000年版）《建筑物防雷设计规范》”。笔者参加了GB50057标准2000年局部修订条文审定会，作为IEC中国国家委员会指派专家参加了IEC/TC81/WG3国际标准“建筑物内电气和电子系统雷电防护”起草工作组的工作，对IEC和GB50057标准比较熟悉。在此提出GB50343与IEC、GB50057的矛盾之处，希能得到GB50343标准起草人的答复释疑，也欢迎给予批评指正。 1．“总则”部分中的矛盾 GB50343中第1.0.5条认为，综合防雷系统组成如图1所示：
综合防雷系统 外部防雷措施 内部防雷措施
接闪器（针、网、带、线） 屏蔽（隔离）
引下线 等电位连接
屏蔽 等电位连接
接地装置 安装浪涌保护器（SPD） 共用接地系统 图1 建筑物电子信息系统综合防雷系统
图1 建筑物电子信息系统综合防雷系统 图1将“屏蔽”分别纳入了“外部防雷措施”和“内部防雷措施”两处，同样把“共用接地系统”也归纳入两处。在“内部防雷措施”的“屏蔽”之后为（隔离）。对此有如下四个问题： 1）屏蔽和共用接地系统是“外部防雷措施”吗？ GB50343的第2.0.5条对“外部防雷装置”定义为“由接闪器、引下线和接地装置组成，
主要用以防直击雷的防护装置”。这条定义与GB50057的条文说明第3.1.1条介绍IEC61024-1的内容基本相同“所谓外部防雷就是防直击雷（不包括防止防雷装置受到直接雷击时向其他物体的反击）”。IEC61024-1中1.2.6条定义是“外部防雷装置（Installation de extierieure de protection contre la foudre）由接闪器、引下线和接地装置组成”。“内部防雷装置（Installation interieure de Protection contre la foudre）是指除1.2.6条给出的那些部分外，所有能减小需要防雷空间雷电电磁效应的装置”（IEC61024-1中第1.2.7条），也是GB50057条文说明中所指“内部防雷包括防雷电感应，防反击以及雷电波侵入和防生命危险”。 采用共用接地系统的主要目的是防反击，GB和IEC均明确指出防反击不包括在外部防雷范围之内。同样，“屏蔽”的定义如GB50343中2.0.3条“电磁屏蔽—用导电材料减少交变磁场向指定区域穿透的屏蔽”，也不应包括在外部防雷范围之内。另外，“装置”是物，“措施”应与“装置”不同，在图1中的“外部防雷措施”和“内部防雷措施”是否应将“措施”改为“装置”？ 2）“屏蔽”与“隔离”是同一概念吗？ 图1中，“内部防雷措施”的“屏蔽”之下用括号标出“隔离”二字。关于“屏蔽”的定义上面已讲了，而“隔离”应是使用隔离变压器或在信号（或电信）线路上采用光纤材料以阻止电涌电流的传输，这两者概念是一样吗？ 3）“共用接地系统”是否可以通用？ 共用接地系统的目的是防止反击，应属于等电位连接技术内容。在GB50057中规定：第一类防雷建筑物的独立避雷针（或架空避雷线）的金属杆及接地装置至被保护建筑物及其有联系的管道、电缆等金属物之间应有一不得小于3m的安全距离，此时能采用共用接地系统吗？ 4）LEMP是“雷电电磁脉冲”还是雷击电磁脉冲？ GB50343的第1.0.6条和第2.0.21条以及后边的内容中均将LEMP称为“雷电电磁脉冲”，而不是GB50057称为的“雷击电磁脉冲”，且不说《标准化工作导则》的规定，笔者愿阐述一下这一字之差的本质性区别。IEC61643-22（37A/157/FPIS）和IEC62305-2中分析雷击耦合机理时有如下四种分类：S1：建筑物直接遭受雷击、S2：雷击到建筑物附近的地面（或邻近建筑物上）、S3：线路上直接遭受雷击、S4：线路附近的地面上遭受直接雷击。这四种类型均是指直击雷（云地闪），而不包括云内闪或云际闪。由于云内闪或云际内对电气系统和电子系统的影响甚微，国际防雷标准中一般称为闪电或雷电，而将直击雷产生的LEMP称为“雷击电磁脉冲”。在IEC61312-1中LEMP定义为“作为干扰源的雷电电磁场”，而最近的文件（81/243/CDV）中改为“雷击电流的电磁影响”，这与GB50057中定义为“是一种干扰源。本规范指闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应，绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流，被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰”是一致的，而与GB50343中2.0.21的定义“作为干扰源的雷电流及雷电磁场产生的电磁场效应”不一样，如果仅考虑“电磁场效应”，而忽略了客观上占更大比例的雷电波沿线路侵入，是否能实现综合防雷保护？ 2．“术语”部分的矛盾 《标准化工作导则》GB/T1.1中规定“对某概念建立有关术语和定义以前，要查明在其他标准中是否有术语和定义。……如果某概念用于几项标准，宜在其最通用的标准或在术语标准中下定义。而其他标准宜引用对该概念下定义的标准，不必重复该概念的定义。如果有必要重复某概念的定义，则应在参考文献中列出该定义所出自的标准”。GB/T1.1用示例标出重复某定义时在定义下方用方括号标明引自标准及序号，还规定了“如果不得不改写另一专业领域中的标准化定义，则应加注说明”。 GB50343中的定义共有21个，有些重复了最通用标准中下的定义，但未标明引自那个标准，如电磁兼容性、电磁屏蔽、等电位连接带、等电位连接网络等定义。有些定义对本专业领域中的定义进行了改写，同样未加注说明。还有些属自己编制的定义。这些改写或新编的定义与IEC/TC81及GB50057的矛盾之处除本文前边已提到的尚有： 1）“电子信息系统”，与GB50343标准名称是一致的。但IEC62305-4中已不再用“信息系统”而改为“电气系统（Electrical system）装有低压供电和可能也有电子部件的系统”，“电子系统（Electronic system）装有敏感电子部件如信息技术设备、控制和仪表系统、无线电系统和功率电子装置等”。笔者认为IEC标准的提法更科学一些，且与我国一些现行国标相一致，如《信息技术设备的安全》GB4943-2001、《信息设备的抗干扰特性基本测量方法》GB4859-84、《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》GB9254-1998、《建筑物电气装置》GB16895系列（idt IEC60364系列）、《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》GB/T17618-1998。 2）“等电位连接”在GB50343中为“设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接”。在GB50057中为“将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差”。后者强调了“分开的”，主体是“诸导电物体”而不仅仅是“外露可导电部分”。“诸导电物体”中包括电气设备日常使用中可能触及的导电部分（外露导电部分）、非电气的其他装置的可导电部分，如金属水暖管道和建筑物钢结构等（装置外导电部分）和带电导体（低压配电线、电信及信号线），因此连接方法也分为用等电位连接导体直接连接和用电涌保护器暂态连接两种方法。GB50343为何把GB50057这一最通用标准中“等电位连接”的定义摒弃不用而编出一个不完整的定义呢？ 3）“MEB、SEB和LEB”是《低压配电设计规范》GB50054中总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结的英文缩写词，在GB50054中第4.4.4条和4.4.5条中规定了联结位置和联结的主要对象。而50343却将其改为“接地端子板”，与GB50054大相径庭。等电位联结可以接地，也可以不接地。如对汽车、飞机、火箭等较大的移动体，它们不能与大地进行固定的连接时，可把诸导电物体直接或间接地连至车身或机体，这时可把车身或机体称为“本体地（body earth）”。为什么GB50343要特别强调接地呢？ 4）SPD在GB50057和《低压配电系统的电涌保护器（SPD）第1部分：性能要求和试验方法》GB18802.1-2002（idt IEC61643-1）中均译为“电涌保护器”，顾名思义，指的是电路上的冲击而不是江河中的波浪中的冲击。GB50343不考虑这二个强制性国标的定义，硬将SPD定义为“浪涌保护器”。在这一定义下，起草人把SPD分为电源、天馈和信号三大类，与参加起草的企业生产系列相配套，而不顾IEC/TC37A标准只分为“低压配电系统的SPD”和“电信和信号网络的SPD”（GB/T18802.21-2004、idt61643-21），这可能是国家标准化管理委员会李忠海主任所说的“如果仅仅是思维问题还好办，难在市场环境有不正当竞争手段在起作用”吧？此外GB50343中对开关型和限压型SPD的定义中遗漏了GB50057和GB18802.1中SPD动作特性的描述内容，只提采用什么元件组成，该定义恐怕不一定完整吧？ 3．“雷电防护分区”部分中的矛盾 GB50343的3.2部分中对LPZ的描述可以说是不完整的摘抄了GB50057和QX3《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》的相关内容。不完整处有：LPZOB区遗漏了“不可能遭到大于所选滚球半径的雷电流直接雷击”，LPZ1、LPZ2和LPZn的定义名称漏掉了“屏蔽”一词，应为“第一屏蔽防护区”，而不是“第一防护区”，真正的第一防护区应为LPZOB区才对。 GB50343按地区平均雷暴日数20天以下、20天至40天、40天至60天和60天以上划分出少雷区、区雷区、高雷区和强雷区。笔者查阅了相关标准，在JGJ16-92、GBJ64-83、JGJ46-88和DL/T620中均以15天、40天和90天为界。YD5098中按GB16895.12中第3.1.2条“在电气装置由低压架空线供电的情况下，且外界环境影响为AQ1（指年平均雷暴日数少于25天）时，不需要附加的大气过电压保护”，需要说明的是该标准说的大气过电压是指仅考虑离建筑物较远处的架空线遭直接雷击（S3型）或受雷电感应（S4型）的情况，当需要得到较高的可靠性或有较大风险（如可能发生火灾）时，不管雷暴天数是多少，均应采取防大气过电压（雷击引起的）措施。在这一标准（idt IEC60364-4-443）中首次提出了25天这一值，YD5098中以25天、40天和90天为界。不知GB50343依据什么提出了与众不同的20天和60天？ 在GB50057中规定，在大于15d/a的地区，高度在15m以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物为第三类防雷建筑物，JGJ、GBJ、DL和YD标准在划定了年雷暴日数界限后均紧跟着提出了防护方面的技术要求，而GB50343只划分了少雷或多雷区，后边却只有附录A中出现了0.8～1.4的评估因子，没有直接对应的要求，不知这一划分有何具体作用？ 在GB50343附录D中提供的各地雷暴日数也与气象行业标准QX3的数值有异，对比如下： 城市 重庆 哈尔滨 合肥 兰州 乌鲁木齐
QX3 35.4 32.4 28.2 22.8 6.7
GB50343 36 2 7.7 30.1 23.6 9.3 另外50343提供台北市为27.9天，而相邻的厦门近50天；香港为34天、而相邻的广州为76.1天，深圳市为71天，这些数据相差也太大了吧？ 4．“雷电防护分级”部分中的矛盾 在GB50343第四章中把电子信息系统按防雷装置的拦截效率分为四级，A、B、C、D。把IEC标准和GB50057中直击雷防护装置截收雷击的概率（仅与接闪器的布置有关）与内部防雷混淆起来。从2001年起IEC在其标准IEC62305-2中用详尽的方法进行雷灾损害风险评估，如雷灾起因分为： S1型、S2型、S3型和S4型；雷击造成的损害类型有：由于接触和跨步电压造成的生物触电（C1型）、物理损害（C2型，如火灾、爆炸、机械性的破坏和化学物品泄露等）、电气系统和电子系统因电涌造成的损坏和带来的间接损失（C3型）；主要损失类型为：人身损失（L1型）、公众服务系统中断（L2型）、文化遗产损失（L3型）和经济损失（L4型）。笔者见到的最新版本是81/213/CD（Protection against lightning-Part2:Risk management）全文用A4纸打印了106页。如此复杂的评估方法可能用一简单的公式替代吗？且GB50343规定，当N≤Nc时可不安装雷电防护装置，而GB50057中却是从是否需防LEMP“应在完成直接、间接损失评估和建设、维护投资预测后认真分析综合考虑，做到安全、适用、经济”出发，规定了“在设有信息系统的建筑物需防LEMP的情况下，当该建筑物没有装设直击雷防护装置和不处在其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施”。因此，首要条件是需要防LEMP否，而不是N与Nc的关系式。
在50343附录A的风险评估中先套用了GB50057“建筑物年预计雷击次数”计算公式，之后提出入户设施预计雷击次数公式如下： N2=Ng·A＇e =0.024Ta1.3·（A＇e 1+ A＇e 2）……（A·5） 公式（A·5）与IEC62305-2有相似之处，但差异也很多。IEC标准中为“入户线路”而不是“入户设施”，计算公式为： NL=Ng·A1CdCt10-6……（10） 式中的影响因子除与线路有关的截收面积（A1）外，尚有建筑物所在地的环境因子（Cd：城区为0.5、郊区为1、农村为2）、考虑高压/低压变压器影响的缩减因子（Ct：线路有变压器时取0.2,无变压器时取1）。A1中包含了布线方法、架空线距地高度、电缆埋地处土壤电阻率、线路连接两建筑物的距离等因子，而式A·5却不知为什么要把这些因子删去。 5．“防雷设计”部分中的矛盾 “防雷设计”是GB50343的核心部分，内容较多，其中矛盾部分大致有： 5．1接地干线的设置问题 GB50343中5.2.3条和条文说明图3、图4、图5均示出了电气竖井中的接地干线，无论是S型还是M型等电位连接网只与这个干线进行了一点连接。这与IEC和GB50057中利用建筑物内钢筋进行连接是不同的。这种专用引下线的作法存在什么问题，有许多人著文进行了分析。近日林维勇先生还有一专文将发表，本文不再赘述。 5．2接地电阻最小值的问题 GB50343中5.2.5条和5.2.6条强制性规定，共用接地时接地电阻值“必须按接入设备中要求的最小值确定”，“当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体”。那么应由谁来决定这一“接入设备中要求的最小值”？1999年《工科物理·现代防雷专辑（二）》曾刊载王厚余、林维勇、张力欣和宋道宏的三篇文，摘原文如下：“我国一些规范标准以至资料文章中常规定ITE和其他电气系统可采用联合接地，其接地电阻不应大于1Ω。言下之意，这些接地本应分开设置，只是因为多种接地在地下布置不开，才不得不采用共用接地装置，但这时必须将接地电阻降低到1Ω以下，以资弥补。这一规定未见其理论依据，查国际电工标准除作等电位联结的要求外，并没有联合接地的规定，对接地电阻也没有提出要求”（王厚余文）。“对有些装置，设备制造商要求在设备处设独立接地体者，应要求制造商在信纸上确认，若发现它所要求的独立接地体促成人身遭雷击，雷击损坏事故、产生电气噪音或造成电解的条件时，它应负责任。这方法在过去已经使多家制造商接受符合美国国家电气法规（NEC）和IEEE推荐的接地和等电位连接的原则”（林维勇文）。“当年，……国外电子计算机都要求单独接地，而且往往都要求接地电阻不大于1Ω，在工程中打深井来实现其苛刻要求也是常有的事”（张力欣、宋道宏文）。如果说仅仅利用建筑物内的钢筋便能花很少的费用解决等电位连接及工频接地安全问题，为什么要为实现“最小值”而增加人工接地体花费数万元乃至数十万元呢？这条规定与生产接地产品的厂商是否有直接经济联系呢？ 5．3屏蔽要求的简单和一般化问题 GB50343中5.3为“屏蔽及布线”，其中摘抄了GB50057和GB/T50311中的相关内容，但与GB50057中第三节内容相比，删去了利用建筑物金属材料进行格栅形大空间屏蔽的重要内容，而这一内容恰恰是IEC62305-4中6.1节中多次“推荐”或“建议采用大空间屏蔽”的方法，因为它“更为实际和可用”。在通过磁场强度的计算后，IEC标准列出设备耐磁场强度的测试指标，这些指标分别：100-300-1000A/m（模拟首次雷击10/350μs电流在其10μs波头时间内磁场的变动，即在8/20μs衰减震荡波形下试验）和10-30-100A/m（模拟后续雷击0.25/100μs电流在其0.25μs波头时间内磁场的变动，即IMHZ衰减震荡波形下试验）。这些内容不是GB50343一句“当电子信息系统设备为非金属外壳，且机房屏蔽未达到í设备电磁环境要求时，应设金属屏蔽网或金属屏蔽室”能说明白的。 5．4 SPD的矛盾 GB50343的5.4“防雷与接地“中的主要内容是SPD，它与GB50057、GB18802.1及
IEC/TC37的矛盾有： GB50343中，由于雷电防护分级定下A、B、C、D的四级，所以要求A级要装四级SPD、B级装三级SPD、C级和D级装二级SPD。表5.4.1-2对安装SPD的电流值提出了要求。 问题一：SPD是否要安2～4级？
GB50057中第6.4.4条对SPD选择提出的三个要求其中一个为“通过电涌时的最大钳压”。IEC62305-4规定，SPD的电压保护水平Up与被保护设备耐冲击电压额定值Uw应满足：1.2Up≤Uw，只要满足这一条件，SPD可只在建筑物入口处安装一级就行了。为什么要求2～4级呢？ 问题二：10/350μs波形是标称放电电流的波形吗？ 表5.4.1-2中把10/350μs波形试验的SPD冲击电流Iimp归入了标称放电电流（In）的名下，并将与8/20μs波形试验In值关系规定为4∶1。在GB50057、GB18802标准中对Iimp和In均有不同的定义。关于In与Iimp的比值关系，IEC/TC81WG3会上一直强调为20∶1（或17.5∶1）。今年10月份第三届全国防雷论坛上，美国专家介绍IEEE标准的比例为10∶1。 问题三：总配电柜耐冲击过电压额定值是6kV吗？ 在GB50343的图5.4.1-1中绘出了四级SPD的安装图，标出为TN-S系统，这与GB50057和GB50054《低压配电设计规范》中TN-C-S系统完全一样。同时GB50057和GB/T16935.1（IEC60664-1）中明确规定Ⅲ类设备是“Ⅳ类设备下方的固定装置（包括总配电盘），如配电盘、断路器以及包括电缆、母线、分线盒、开关、插座等布线系统”，其耐压水平为4kV而不是6kV。为满足1.2Up≤Uw的要求,IEC60364要求总配电盘上SPD的Up应不大于2.5kV,与GB50343的6kV差了240%，如按GB50343的规定进行安装，岂能保护？ 问题四：SPD的参数值有哪些？ 有人说GB50057管的是直击雷，GB50343为电子信息系统防雷。按道理它应在防LEMP比GB50057更详细，但是却恰恰相反。在电气系统上的SPD除提出了In的指标外，漏掉了Iimp、Up、Uc和熄灭工频续流等重要指标。在使用多级SPD时的退耦器件要求提到10m和5m，在图上却强制性的绘出了退耦器件，这与标准的做法应以虚线绘出，表示是可供选择使用存在差异。 用于电信和信号的SPD，GB50343给出的指标有：Uc≥1.2Un和In≥0.5kA(或1kA、3kA)。而IEC61643-22中规定为在LPZ0区与LPZ1区交界处应用0.5～2.5kA（10/350）、LPZ1区～LPZ2区交界处用0.25～10kA(8/20)值.用于信息线路的SPD尚应考虑分布电容、回波损耗、纵向平衡、近端交扰等特性参数。其中差异就更多了。 笔者认为IEC标准和GB50057标准并不是“绝对真理”，它们也要靠理论的发展、大量的实验和实践来不断修正和完善的。但是在现阶段，编制技术规范尚应符合《中华人民共和国标准化法》的要求。《标准化法》第四条规定“国家鼓励积极采用国际标准”，第十条规定“制定标准应当做到有关标准的协调配套”。建设部第24号令《工程建设国家标准管理办法》第二十一条也规定了“制定国家标准必须做好与现行相关标准之间的协调工作”。这些法规的规定是十分重要的，如果由建设部主持编制的两个防雷技术规范存在严重分岐和矛盾，让工程设计人员、施工人员何所适从呢？GB50343应尽早进行修正。
载自防雷世界商情杂志2004 11期 如需转载，注明出处。
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发表于 2004-12-22 18:46:00
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