（免費(fèi)下載）GB/T 19271.4-2005 雷電電磁脈沖的防護(hù) 第4部分：現(xiàn)有建筑物內(nèi)設(shè)備的防護(hù)
1 總 則
1.1 范圍
本部分為現(xiàn)有建筑物內(nèi)信息技術(shù)設(shè)備(ITE)的LEMP防護(hù)提供指導(dǎo)，并提出適用于新建建筑物內(nèi)ITE的LEMP防護(hù)方法。
1.2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過GB／T 19271的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本部分達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。
GB／T 19271.1-2003 雷電電磁脈搏沖的防護(hù) 第1部分：通則(IEC 61312-1：1995，IDT)
GB／T 16895.16-2002 建筑物電氣裝置 第4部分：安全防護(hù) 第44章：過電壓保護(hù) 第444節(jié)：建筑物電氣裝置電磁干擾(EMI)防護(hù)(IEC 60364-4-444：1996，IDT)
GB／T 17626.5-1999 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)(idt IEC 61000-4-5：1995)
GB／T 17626.9-1998 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 脈沖磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)(idt IEC 61000-4-9：1993)
GB／T 17626.10-1998 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 阻尼振蕩磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)(idt IEC 61000-4-10：1993)
IEC 61024-1：1990 建筑物防雷 第1部分：通則
IEC 61024-1-2：1998 建筑物防雷 第1部分：通則 第2節(jié)：指南B——防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)及檢查
IEC 61662／TR：1995 雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
IEC 61662／A1：1996 雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，修改單1
IEC 61000-5-2／TR：1997 電磁兼容(EMC) 第5部分：安裝和調(diào)節(jié)指南 第2節(jié)：接地和布線
ITU-T K21建議：1996 用戶終端設(shè)備抗過電壓和過電流的能力
2 對(duì)照表
2 對(duì)照表
按對(duì)照表收集現(xiàn)有建筑物及其設(shè)施的必要數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，遵照IEC 61662及其修改單1(特為內(nèi)含電子系統(tǒng)的建筑物而編制的)作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以確定是否需要對(duì)電子系統(tǒng)采取防護(hù)措施。如需要采取防護(hù)措施，則確定最經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)措施。
與IEC 61662無直接關(guān)系，但確定防雷設(shè)計(jì)原則時(shí)需考慮的其他問題在表4中列出。
表1 建筑物特征和周圍狀況
表2 設(shè)施特性
表3 設(shè)備特性
表4 確定防雷設(shè)計(jì)原則時(shí)需要考慮的其他問題
3 建筑物有外部防雷系統(tǒng)時(shí)的防護(hù)措施
3 建筑物有外部防雷系統(tǒng)時(shí)的防護(hù)措施
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確定建筑物是否需要安裝外部防雷系統(tǒng)。一般來說，安裝一個(gè)按IEC 61024-1-2，特別是第3章的要求設(shè)計(jì)的外部防雷系統(tǒng)是有用的。對(duì)鋼筋混凝土建筑物，宜研究IEC 61024-1-2的附錄A。
防雷專家的主要任務(wù)是確定對(duì)外部防雷系統(tǒng)作出改進(jìn)還是保留原有的安裝措施。
外部防雷系統(tǒng)(LPS)的改進(jìn)可按以下方法進(jìn)行；
a) 按IEC 61024-1：1990中2.2.5d)把現(xiàn)有金屬立面和屋面并入防雷系統(tǒng)中；
b) 如果從鋼筋混凝土屋面沿墻體直至建筑物接地裝置的鋼筋是電氣貫通的，則利用鋼筋作外部LPS的自然部件；
c) 減小引下線的間距以及接閃器的網(wǎng)格尺寸(見GB／T 19271.2-2005第3章和IEC 61662 1號(hào)修改單)。通常使引下線間距和網(wǎng)格尺寸小于5m；
d) 相鄰的但結(jié)構(gòu)上分離的建筑單元間的伸縮縫上跨接軟性等電位連接帶(見IEC 61024-1-2，圖A.12)，等電位連接帶的距離宜等于引下線間距的一半；
e) 在一座建筑物與一個(gè)用以將該建筑物與建筑物另一單元相連的電纜通道長(zhǎng)廊之間的伸縮縫上宜跨接等電位連接帶。通常，宜在長(zhǎng)廊的四個(gè)角上安裝等電位連接帶。等電位連接帶宜盡可能短；
f) 屋頂金屬裝置需防直接雷擊時(shí)，宜使之位于LPZ0B區(qū)中。例如，通過安裝一局部接閃器使之位于LPZ0B區(qū)。該接閃器應(yīng)與建筑物的LPS等電位連接(見IEC 61024-1-2：1990中，圖48)。該局部接閃器與金屬裝置間應(yīng)滿足安全距離d的要求(見IEC 61024-1：1990，3.2)。
4 電纜設(shè)施的防護(hù)措施
4 電纜設(shè)施的防護(hù)措施
電纜的合理布線和屏蔽是減少過電壓的有效措施。
外部LPS的屏蔽作用愈小，這些措施就愈重要。IEC 61024-1-2的表B.1說明了布線以及屏蔽措施與過電壓的關(guān)系。該表的示意圖3和圖4分別給出良好電纜布線與屏蔽的例子。
更多的細(xì)節(jié)在IEC 61024-1-2的圖26、圖27以及圖B.2，圖B.3，圖B.4中給出。
當(dāng)情況特殊，不安裝外部防雷系統(tǒng)(IEC 61024-1，3.1.1)時(shí)，圖1給出的體現(xiàn)防護(hù)基本原則的若干技術(shù)措施提供了高效的LEMP防護(hù)[1]1)。
可以安裝雙絕緣變壓器或采用Ⅱ類設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)施與新設(shè)施之間的適當(dāng)隔離，主要為了避免現(xiàn)有建筑物中采用TN-C接地系統(tǒng)設(shè)施中的工頻干擾(見圖1中
和
的說明)。
按圖1所示的安裝原則可給出符合GB／T 19271.2-2005中3.5要求的對(duì)接地、等電位連接以及電纜布線的若干系統(tǒng)布局的方案。圖1a)到圖1d)各圖表示依照ITE數(shù)量、類型及敏感性可能作出的分區(qū)的例子：
1)方括號(hào)內(nèi)的數(shù)字指的是參考文獻(xiàn)中的文獻(xiàn)序號(hào)。
——圖1a)為建筑物內(nèi)只有LPZ1區(qū)的例子。為了避免低頻干擾即使在LPZ1區(qū)內(nèi)
和
措施仍是有用的。
——圖1b)中用一個(gè)LPZ2區(qū)容納下所有新設(shè)施。對(duì)由LPZ0直接過渡到LPZ2區(qū)的界面處的SPD有更高要求。
——圖1c)和圖1d)表示根據(jù)GB／T 19271.1-2003圖4設(shè)計(jì)的幾種可能的LPZ2區(qū)。每個(gè)LPZ2區(qū)表示其區(qū)中的ITE更少暴露于雷電和低頻干擾電流和磁場(chǎng)影響的空間。為了減少SPD的數(shù)量，可用屏蔽電纜或各段互相連接的電纜槽連接兩個(gè)不同的LPZ2區(qū)。
此處有兩種LPZ1／LPZ2界面。
a) 右側(cè)的界面：
在樓層間有額外屏蔽，從而為各類干擾電流提供低阻通路，因而對(duì)信號(hào)電纜及電源電纜干擾耦合非常小的地方，應(yīng)將功能接地導(dǎo)體直接與等電位連接網(wǎng)絡(luò)連接。在此情況下，屏蔽層本身構(gòu)成了LPZ1和LPZ2的界面。
b) 左側(cè)的界面：
為避免工頻干擾通過ITE，不允許將功能接地導(dǎo)體直接連接至PE線或與PE線相連接的其他金屬部件。
由于隔離變壓器或Ⅱ類設(shè)備本身具有特殊要求，其對(duì)雷電感應(yīng)過電壓的耐壓已得到提高，其耐壓值可達(dá)5kV(1.2／50μs)。因此如果功能接地導(dǎo)體需要與PE線連接，則只能采用SPD作間接連接，所選SPD的動(dòng)作電壓恰好低于耐壓值。否則，如果SPD動(dòng)作電壓或限制電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于耐壓的話，將使隔離變壓器或Ⅱ類設(shè)備喪失高絕緣強(qiáng)度的安全特性。
注：如果不增加新電源而使用原有電源，會(huì)因布線而產(chǎn)生大面積的閉合感應(yīng)回路，這將顯著增加絕緣損壞的危險(xiǎn)。
對(duì)圖1的解釋：
總的說明：
舊建筑物內(nèi)原有電源的接地系統(tǒng)通常是TN-C系統(tǒng)，建筑物到處有PEN線，而當(dāng)PEN線與數(shù)據(jù)線路的地線連接時(shí)可能導(dǎo)致工頻干擾(例如，當(dāng)一臺(tái)PC機(jī)用一條長(zhǎng)15m的數(shù)據(jù)電纜(RS232)與打印機(jī)相連，而PC機(jī)與打印機(jī)由不同的插座取得電源時(shí)就會(huì)見到這種干擾)。
如果僅需安裝少量的信息技術(shù)設(shè)備(ITE)，為了阻止這種干擾，宜采用防護(hù)措施
或
。在電源
上安裝SPD
，將減小雷電損害的風(fēng)險(xiǎn)。
然而，當(dāng)ITE數(shù)量較多時(shí)，可能需要增加一個(gè)電源。這種情況下，宜采取圖1所示合適的電纜布線
以及附加的屏蔽措施
。
極力建議新增的電源采用TN-S系統(tǒng)。
為了避免設(shè)備本身與公共等電位網(wǎng)絡(luò)(CBN)在任意位置的偶然性電氣接觸，設(shè)備的金屬外殼應(yīng)與附近的CBN絕緣。大多數(shù)情況下可做到這點(diǎn)，因?yàn)樗饺朔块g或辦公室里的ITE僅通過其連接電纜與接地參考點(diǎn)相連。
圖1的圖例：
表示原有的電源系統(tǒng)(TN、TT、IT)，有新設(shè)施已接到該電源上，因而要求采用新的電纜布線方式。
表示為了防止低頻干擾電流通過設(shè)備和與之相連的信號(hào)電纜而采用的Ⅱ類設(shè)備(即無PE線的雙絕緣設(shè)備)。這些低頻干擾電流既可因環(huán)路大而引起，也可由于共用等電位網(wǎng)絡(luò)(CBN)的阻抗不夠低而引起。
表示如果沒有Ⅱ類設(shè)備，建議采用起同樣作用的雙絕緣變壓器或設(shè)備間的信號(hào)互連線采用無金屬的光纖。
表示電源電纜與信號(hào)電纜緊挨著布線也可以避免形成大的環(huán)路。信號(hào)電纜建議采用屏蔽電纜。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)在兩端與設(shè)備外殼等電位連接(見圖2)。
各段用互相搭接的金屬管道或線槽作附加的屏蔽(至少在樓層之間提供附加屏蔽)也能提供較低阻抗的CBN。此措施對(duì)很高的或很長(zhǎng)的建筑物或當(dāng)設(shè)備要求高可靠性時(shí)特別有用。關(guān)于電纜屏蔽及布線的其他信息在圖2和圖3中給出。
表示浪涌保護(hù)器的較佳安裝位置分別在設(shè)施入戶處的LPZ0／1、LPZ0／1／2界面上(見圖1)。
圖1 建筑物內(nèi)有兩個(gè)不同電源時(shí)，改善新裝設(shè)施的防雷及EMC的若干措施[1]
圖2 屏蔽電纜緊挨各段相互搭接的金屬板布設(shè)使環(huán)路面積減小
圖3 用金屬板提供附加屏蔽的實(shí)例
可用各段電氣互連良好的金屬電纜槽替代金屬板。電纜槽各段的互連需在重疊部分用若干螺栓連接或用連接帶連接。為了使電纜槽保持低阻抗，螺栓或連接帶應(yīng)在電纜槽四周均勻分布(詳情見IEC 61000-5-2)。
5 電源設(shè)施和信息技術(shù)設(shè)備(ITE)互連線的防護(hù)措施
5.1 浪涌保護(hù)器(亦見GB／T 19271.3[3])
電流型避雷器宜盡可能靠近電纜進(jìn)入被保護(hù)空間的入口處(LPZ0／1界面)安裝，且在所有帶電導(dǎo)線上安裝，以防止大量的浪涌能量進(jìn)入建筑物的各類設(shè)備中。在樓宇內(nèi)隨意地使用SPD，可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障或損壞，特別是當(dāng)電壓型避雷器或設(shè)備內(nèi)部安裝的SPD妨礙了建筑物入口處的電流型避雷器的正常動(dòng)作時(shí)(詳情見IEC 61643-2)。
為了保持LEMP防護(hù)措施的性能，雷擊事件之后，所有的SPD都要經(jīng)過檢查。為此，有必要知道這些SPD安裝在何處，以便進(jìn)行IEC 61024-1-2第6章所規(guī)定的維護(hù)。
6 安裝有天線和其他設(shè)備時(shí)的防護(hù)措施
6.1 實(shí)例
此處所指外部設(shè)備有：外部安裝的各種傳感器，包括天線、氣象傳感器、監(jiān)視攝像頭、制煉廠的露天傳感器(壓力、溫度、流速、閥門位置傳感器等)以及建筑物、桿塔及處理容器上外部安裝的各種電氣、電子、無線電設(shè)備。
6.2 設(shè)備的防護(hù)(見圖4)
只要可能，宜安裝避雷針，使設(shè)備免遭直接雷擊(處于LPZ0B內(nèi))。對(duì)高層建筑物，宜采用滾球法確定建筑物頂部和側(cè)面的設(shè)備是否可能受到雷擊，從而確定是否需安裝避雷針。許多情況下，扶手、梯子、管道等可很好地起到接閃器的作用。除了某些結(jié)構(gòu)的天線外，所有設(shè)備都能以這種方式進(jìn)行保護(hù)。有時(shí)天線不得不安裝于暴露位置，因?yàn)樽鳛榘l(fā)射天線或接收天線，它們的性能會(huì)受到附近避雷針的嚴(yán)重影響。有些天線結(jié)構(gòu)具有自保護(hù)功能，因?yàn)橹挥薪拥亓己玫慕?jīng)得起雷擊的導(dǎo)體暴露在雷擊中。市售的天線已愈來愈多具有防雷功能，因而能安全地經(jīng)受雷擊。無良好防雷功能的其他天線，可能需要在其饋線電纜上安裝SPD(例如，通常在LPZ0B／1區(qū)界面上安裝火花間隙)，以防止瞬態(tài)浪涌順著饋線電纜進(jìn)入接收機(jī)或發(fā)射機(jī)。然而，當(dāng)安裝有外部LPS時(shí)，天線的支架宜與LPS作等電位連接。
圖4 天線和其他設(shè)備的防雷
6.3 減小饋線電纜的感應(yīng)過電壓和防止設(shè)備內(nèi)部的側(cè)向閃絡(luò)
如7.3.2所述，對(duì)于建筑物間的電纜，通過將電纜敷設(shè)于各段搭接的導(dǎo)管、線槽或金屬管中，可防止電纜中產(chǎn)生高的感應(yīng)電壓。引向某特定設(shè)備的所有電纜應(yīng)在同一點(diǎn)引出電纜槽。如果可能，應(yīng)將電纜布設(shè)在建筑物的管型部件中，從而充分利用建筑物本身的固有屏蔽特性。如果不可能，例如處理容器的情況，則電纜緊挨容器布設(shè)在容器的外部，并充分利用管道、環(huán)形鋼爬梯以及其他任何相互搭接良好的金屬材料所提供的自然屏蔽作用(見圖5)。在用角鋼構(gòu)成的桿塔上(見圖6)，電纜宜布設(shè)在角鋼的內(nèi)角處，以獲得結(jié)構(gòu)件的最大保護(hù)。所有這些技術(shù)措施，使電纜與結(jié)構(gòu)件構(gòu)成的環(huán)路中感應(yīng)的電壓為最小，從而減少旁側(cè)閃絡(luò)的危險(xiǎn)。旁側(cè)閃絡(luò)是設(shè)備內(nèi)部電路與設(shè)備結(jié)構(gòu)件之間形成的電弧，電弧形成后導(dǎo)致大電流流入饋送電纜。
圖5 處理容器上的爬梯、管道提供的固有屏蔽
圖6 桿塔上電纜的理想安放位置
(鋼骨架桿塔剖面圖)
7 建筑物間數(shù)據(jù)、電話、測(cè)量互連線的防護(hù)措施
7.1 簡(jiǎn)述
建筑物間的互連線既有金屬連接線(如線對(duì)、波導(dǎo)、同軸電纜、多芯電纜等)，也有光纜。防雷要求取決于電纜類型、互連線的數(shù)量和建筑物間的防雷系統(tǒng)(LPS)是否互連。
7.2 建筑物間的光纜
完全絕緣的光纜(即無金屬鎧裝、防潮箔或內(nèi)加強(qiáng)鋼芯的光纜)可安全地架設(shè)于建筑物之間，無須采取防護(hù)措施。這是完全免除EM干擾最好采用的數(shù)據(jù)連接線。
然而，對(duì)有連續(xù)金屬部件的光纜，宜在建筑物的入口處把金屬部件與地作等電位連接，并且不宜直接接入光纖接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備。間隔很近但各自的LPS并未互連的建筑物之間，最好采用完全沒有金屬部件的光纜，以防止過大的電流流過光纜的金屬部件，使之過熱，從而導(dǎo)致光纜的損傷甚至毀壞。另一方面，如果在建筑物之間連上一條LPS之間的互連電纜，以分流流過光纜的電流，則可以采用有金屬部件的光纜。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
[1] Montandon，E.，Bonding and routing practice with respect on lightning protection and EMC，Proceedings，21st ICLP，Berlin，Sept 1992
[2] GB／T 19271.2-2005，雷電電磁脈沖的防護(hù) 第2部分：建筑物的屏蔽、內(nèi)部等電位連接及接地(IEC TS 61312-2：1999，IDT)
[3] GB／T 19271.3-2005，雷電電磁脈沖的防護(hù) 第3部分：對(duì)浪涌保護(hù)器的要求(IEC TS 61312-3：2000，IDT)
[4] IEC 61643-12：2002，Surge protective devices connected to low-voltage power distribution sys-tems-Pan 12：Selection and application principles(under consideration)
