雷电电磁脉冲的防护第1部分：通则 GB/T19271.1-2003

中华人民共和国国家标准

雷电电磁脉冲的防护 第1部分：通则

Protection against lightning electromagnetic impulse-Part 1：General principles

(IEC 61312-1：1995，IDT)

GB／T 19271．1-2003

发布日期：2003年9月1日

实施日期：2004年1月1日

中华人民共和国                  

国家质量监督检验检疫总局     发布

前言

    GB／T 19271《雷电电磁脉冲的防护》分为五个部分．

    ——第1部分：通则；

    ——第2部分：建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地；

    ——第3部分：对浪涌保护器的要求；

    ——第4部分：现有建筑物内设备的防护；

    ——第5部分：应用指南。

    本部分为GB／T 19271的第1部分，对应于IEC 61312-1：1995《雷电电磁脉冲的防护  第1部分：通则》(英文版)，在技术内容上一致性程度为等同，编排格式也与该标准一致。

    本部分共分3章5个附录，所有附录均为资料性附录。

    本部分系等同采用IEC 61312-1，编排格式也与该标准一致，仅作了一些编辑性的修改，对原文明显的出错之处也作了改正。主要有：

    ——将一些适用于国际标准的表述改为适用于我国标准(GB／T 1．1-2000《标准化工作导则  第1部分：标准的结构和编写规则》的表述。如将“本国际标准……”改为“本标准……”；“IEC 61312的本部分……”改为“本部分……”。

    ——按照汉语习惯对一些编排格式作了修改。如“注后的连字符‘—’改为冒号‘：’”；英文名称的连字符‘—’改为空格；表编号、图编号与标题之间的连字符‘—’改为空格。

    按IEC规定国际标准编号一律改为1997年后的编号。如“IEC 1024……”改为“IEC 61024……”

    ——“规范性引用文件”的引导语也按GB／T 1．1-2000的规定编写。

    ——IEC的标准体系将IEC 61312按5个部分编制，在本部分前言中将GB／T 19271标准也分成5个部分，与IEC标准一一对应。

    ——对原文中图号明显不一致之处作了改正。如3．3中的“图A6”改为“图B．5”；附录C中的“见图C．3、C．4”改为“见图C．1”。

    ——“术语和定义”按GB／T 1．1-2000的规定编制。

    本部分由全国雷电防护标准化技术委员会提出并归口。

    本部分由广东省防雷中心负责起草。

    本部分由清华大学物理系、总装备部工程设计院、中国电信集团湖南省电信公司、中国电力科学院、中国气象局监测网络司、厦门市祥云科技服务公司、中国华云技术开发公司等参加起草。

    本部分主要起草人：杨少杰、张伟安、丘智炜、黄智慧、金良、潘正林、潘耀清、邓春林。

    本部分2003年首次发布。

引言

    鉴于各种类型的电子系统包括计算机、电信设备、控制系统等(在本标准中称之为信息系统)的应用不断增加，使本标准的制定成为必需。这样的信息系统用于商业及工业的许多部门，包括高资金投入、大规模及高度复杂的工业控制系统，对这样的系统从代价及安全方面考虑都极不希望由于雷电导致运行的中断。

    对于建筑物防雷的一般原则，IEC 61024-1可资利用。然而，这部主要标准并未涵盖各种类型的电子、电气系统的防护。因此，“雷电电磁脉冲(LEMP)1)的防护”这一标准提供了信息系统防护的基本原理并补充了现有的标准。

    固态器件比过去所用电子元件对雷击浪涌更为敏感。而且，在工艺流程非常复杂的工厂中，为了简化操作人员的工作并实现自动化流程控制的最优化，正在采用计算机作全面的控制。计算机也承担安全防护功能，例如，核反应堆中的安全防护系统。

    作为干扰源的雷电是一个能量极高的自然现象。雷击释放出几百兆焦耳的能量，这一能量与可能影响灵敏电子设备的也许仅为毫焦耳量级的能量相比差别悬殊。因此需要有一种台理的工程保护方法。本标准试图解释在瞬变过程中雷电的耦台机理井给出减小进入信息系统(如电子系统)的瞬态干扰的一些原则。

    1)本标准中采用缩略语LEMP。

1  总 则

1．1  范围

    本部分为建筑物内或建筑物上的信息系统的有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护及测试提供信息。

    下列情况不属于本标准范围：车辆、船舶、航空器。各种离岸装置由专门机构制定的法规管理。

    本部分不考虑系统设备本身。然而，本部分为信息系统的设计者与LEMP防护系统的设计者之间，为了达到最佳防护效能而进行的合作提供一些指导原则。

1．2  规范性引用文件

    下列文件中的条款通过GB／T 19271的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

    IEC  61024-1：1990  建筑物防雷  第1部分：通则

1．3  术语和定义

    IEC  61024-1  中给出的术语和定义以及下列的术语和定义适用于本部分。

1．3．1

    等电位连接网络  bonding network

    将一个系统的诸外露可导电部分做等电位连接的导体所组成的网络。

1．3．2

    共用接地系统  common earthing system

    将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地和信息设备逻辑地等连接在一起的接地装置。

1．3．3

    接地基准点  earthing reference points(ERP)

    共用接地系统与系统的等电位连接网络间的唯一连接点。

1．3．4

    环境区  environmental zone

    规定了电磁条件的区域。

1．3．5

    等电位连接  equipotential bonding

    将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或浪涌保护器连接起来以减少雷电流在它们之间产生的电位差。

1．3．6

    雷电流  lightning current

    流过雷击点的电流。

1．3．7

    雷电电磁脉冲  lightning electromagnetic impulse(LEMP)

    与雷电放电相联系的电磁辐射。所产生的电场和磁场能够耦合到电气或电子系统中，从而产生干扰性的浪涌电流或浪涌电压。

1．3．8

    防雪区  lightning protection zone(LPZ)

    需要规定和控制雷击电碰环境的区域。

1．3．9

    雷电防护系统  lightning protection system(LPS)

    用以对某一空间进行雷电效应防护的整套装置，它由外部雷电防护系统和内部雷电防护系统两部分组成。

    注：在特定情况下，雷电防护系统可以仅由外部防雷装置或内部防雷装置组成。

1．3．10

    局部等电位连接带  local bonding bar

    在LPZ 0区以后的两防雷区界面上的等电位连接带。

1．3．11

    长时间雷击  long duration stroke

    电流持续时间(从渡头10％幅值起至波尾10％幅值止的时间)长于10ms且短于1s的雷击(见图1)。

1．3．12

    短时雷击  short duration stroke

    脉冲电流的半峰值的时间短于1ms的雷击(见图1)。

1．3．13

    浪诵保护器  surge protection device(SPD)

    用于限制暂态过电压和分流浪满电流的装置，它至少应包含一个非线性电压限制元件。也称电涌保护器。

2  干扰源

2．1  作为干扰源的雷电流

    为了分析估算在LPS及与之等电位连接的装置中雷电流的分布，应将雷电流源看作一个向LPS的导体及与其相连装置注入雷电流(由若干个雷击组成)的电流发生器。

    不但雷电通道的电流产生电磁干扰，而且这一传导电流也产生电磁干扰。附录D说明了这些电磁耦合过程。

2．2  雷电流参数

    为了模拟的需要，依照一次闪电中的各次雷击(见图2)，假定雷电流由以下的三种组成：

    ——正或负极性的首次雷击；

    ——负极性的后续雷击；

    ——正或负极性的长时间雷击。

    对各种保护级别，雷击点的雷电流参数见下列各表：

    ——表1，用于首次雷击；

    ——表2，用于后续雷击；

    ——表3，用于长时间雷击。

    表中各参数的定义见图1。

    确定雷电流参数的背景资料参见附录A。

    用于分析的雷电流时间函数参见附录B。

    用于测试的雷电流的模拟参见附录C。

3  防雷区

    应将需保护空间划分为不同的防雷区(LPZ)，以界定具有不同的LEMP严酷程度的各个空间并指明各防雷区界面上等电位连接点的位置。

    各防雷区以其边界处电磁条件有明显变化为特征。

3．1  防雷区的定义

    LPZ  0A：本区内物体易遭到直接雷击，因而可能必须传导全部的雷电流。本区内电磁场没有衰减。

    LPZ  0B：虽然本区内物体不易遭到直接雷击，但区内产生未被衰减的电磁场。

    LPZ1：本区内物体不易遭到直接雷击，本区内所有导电部件上的雷电流比在LPZ 0B区内的雷电流进一步减小。本区内的电磁场也可能被衰减，取决于屏蔽措施。

    后续防雷区(LPZ2等)：如果要求进一步减小传导电流或电磁场，就应引入若干后续防雷区。应根据被保护系统所要求的环境区来选择所需后续防雷区的个数。

    通常，防雷区序号越高，其电磁环境参数就越低。

    在各个防雷区的界面处，所有穿越的金属物应作等电位连接，也可采取屏蔽措施。

    注：LPZ 0A、LPZ 0B与LPZ1之间的界面处的等电位连接在IEC 61024-1：1990的3．1中规定。建筑物内部的电磁场受到如窗口这样的孔洞的影响，也受金属导体(如等电位连接带、电缆屏蔽层及电缆屏蔽管子)上的电流及电缆布线方式的影响。

    将一个需要防护的空间划分成不同防雷区的一般原则示于图3。

    图4给出将一座建筑物划分为若干防雷区的例子。此例中所有的电力线及信号线均在一点进入被保护空间(LPZ 1)，并在LPZ 0A、LPZ 0B与LPZ 1之间的界面处等电位连接至等电位连接带1。此外，这些线路在LPZ 1与LPZ 2界面处等电位连接至内部等电位连接带2上。而且，建筑物的外屏蔽1等电位连接到等电位连接带1，而内屏蔽2等电位连接到等电位连接带2。电缆从一个LPZ穿到另一LPZ，则需在每个界面处做等电位连接。LPZ2的构成应使局部雷电流不能传入该空间也不能穿越过该空间。

3．2  接地要求

    接地应遵守IEC 61024-1的规定。

    如果在相邻的建筑物之间有电力和通讯电缆通过，应将其接地系统相互连接，并且，最好在接地系统间有多条并行通路，以减少流经电缆的电流。网格状接地系统可满足这种技术要求。

    可用以下方法进一步减小雷电流效应，例如将所有电缆穿在金属管道或格栅型钢筋混凝土管道内，金属管道和钢筋必须汇集到网格形接地系统中去。

    图5示出了附有一座塔的建筑物的网格形接地系统的典型例子。

3．3  屏蔽要求

    应采用雷电流幅值密度(图B．5给出)及相应的磁场幅值密度来评估屏蔽效能。

    屏蔽是减小电磁干扰的基本措施。

    在图6中，原则上示出了为减小感应效应而采取的屏蔽及布线措施：

    ——外部屏蔽措施；

    ——适当的布线措施；

    ——线路屏蔽措施。

    这些措施可组合使用。

    为了改善电磁环境，与建筑物相关联的所有大尺寸金属部件应连接在一起并且与LPS等电位连接，如金属屋顶及金属立面、混凝土内钢筋、门窗的金属框架等(见图7例示，其网孔宽度为几十厘米)。

    若在被保护的空间内使用屏蔽电缆，它们的屏蔽层至少应在两端进行等电位连接，假如经过LPZ，还应在其界面处再作等电位连接。

    在分离的建筑物间布设的电缆应敷设在金属电缆槽中(如金属管、槽架或混凝土中的格栅形钢筋网)，这些金属管槽应首尾电气贯通，并应与各个建筑物的等电位连接带等电位连接。电缆屏蔽层应与这些等电位连接带相连接。如果电缆屏蔽层能承载可预见的雷电流，则可不敷设金属电缆槽。

3．4  等电位连接的要求

    等电位连接的目的在于减小防雷空间内各金属部件及各系统之间的电位差。

    不仅对LPZ内部的金属部件及系统，而且对穿越各界面的金属部件及系统均应在各LPZ区界面处作等电位连接。应采用连接导线和线夹在等电位连接带处做等电位连接，在需要的地方采用浪涌保护器(SPD)做等电位连接(见图8，图中接地导体也作了等电位连接)。

3．4．1  防雷区界面处的等电位连接

3．4．1．1  防雷区LPZ 0A、LPZ 0B与LPZ 1间界面处的等电位连接

    应对进入建筑物的所有外来导电部件作等电位连接。

    当外来导电部件与电力线及通讯线路于不同处进入建筑物，从而需要若干个等电位连接带时，这些等电位连接带不仅应尽可能近地连接到钢筋及金属立面上，而且还应尽可能近地连接至环形接地体上(见图9)。如果没有环形接地体，这些等电位连接带应分别连至各个单独的接地体并用一个内部环形导体(或用一局部环形导体，见图10)互连。如果外来导电部件架空进入，则等电位连接带应连接至墙内或墙外的水平环形导体上，该环形导体不仅应连接至钢筋上(当使用了钢筋时)，而且应连接至引下线上(见图11)。

    当外来导电部件以及电力线和通讯线等在地面进入建筑物，建议在同一位置做等电位连接(见图12例示)。这点对几乎无屏蔽特性的建筑物尤为重要。设在设施入户处的等电位连接带不但应就近连接至钢筋上(当使用了钢筋时)，而虽应就近连接至接地体上。

    环形导体应连接到钢筋或其他屏蔽构件上(如金属立面)，典型的连接间距为5m。连接导体的最小截面见IEC 61024-1：1990表6。铜或镀锌钢等电位连接带的最小截面应为50mm2。

    内含信息系统的建筑物，在建筑物要求LEMP效应宜减至最小时，其等电位连接带最好采用金属板并多处连接至钢筋或其他屏蔽构件上。

    LPZ  0A与LPZ 1界面处等电位连接所用的线夹及SPD，其电流参数值宜根据表1至表3的参数来选取，有多个导体相连处应考虑分流的影响。

    LPZ  0B与LPZ 1界面处等电位连接所用的线夹及SPD，其电流参数值应单独估算。

    LPZ  0B区内的外来导电部件预期流过感应电流及小部分的雷电流。

    在地面进入建筑物的外来导电部件及电力线、通讯线，应估算在等电位连接点的各个局部雷电流。可按如下方法进行估算：

    当不可能作个别估算时，可假定总雷电流i的50％流入所考虑建筑物的LPS的接地装置，而其余的50％即is在进入建筑物的各种设施(外来导电部件、电力线及通讯线等)间分配。流入每一种设施的电流ij为is／n，n为上述设施的个数(见图13)。为了估算无屏蔽电缆中各条芯线上的电流iv，流入电缆的电流ii要除以芯线数m，即iv＝ii／m。

    对于屏蔽电缆，雷电流将沿屏蔽层流动。

    对于民用建筑物，电话线可不列入n的计算，因为它并不影响其他设施承载电流的大小。虽然如此，电话线也应作等电位连接，在设计等电位连接时应以5％的雷电流作为最小值来估算。

    等电位连接导体的截面积按IEC 61024-1：1990的表6及表7选取。大于或等于25％的雷电流流过导体时用表6，小于25％的雷电流流过导体时则用表7。

    SPD必须经受得住局部的雷电流，应满足对浪涌的最大箝位电压的要求，同时SPD应具有“熄灭”来自电源的续流的能力。

    建筑物设施入口处的最大浪涌电压Umax应与所涉系统的耐压能力相协调。

    为了获得足够低的Umax，各线路应以最短的导线连接至等电位连接带(见图14，此处UA、UL不一定同相出现，但UA＋UL必须保持低于Umax)。

3．4．1．2  各后续防雷区界面上的等电位连接

    LPZ  0A、LPZ 0B与LPZ 1界面上的等电位连接的一般原则也适用于各后续防雷区界面的等电位连接。

    进入防雷区界面的所有导电部件以及电力线、通讯线都应在界面处作等电位连接。应采用一局部等电位连接带作等电位连接，屏蔽构件或其他局部金属结构(如设备外壳)也应连接到此局部等电位连接带上。

    用作等电位连接的线夹及SPD，应分别估算其电流参数。LPZ界面处的最大浪涌电压应与所涉系统的耐压能力相协调。不同防雷区界面的各个SPD在能量耐受能力方面也应相互协调。

3．4．2  需被保护空间内设备的等电位连接

3．4．2．1  内部导电部件的等电位连接

    诸如电梯轨道、吊车、金属地板、金属门框、设施管线、电缆槽等所有大尺寸的内部导电部件都应以最短路径与最近的等电位连接带或其他已作了等电位连接的金属结构作等电位连接。各导电部件作附加的多重互连是有好处的。

    等电位连接导体的截面积按IEC 61024-1：1990表7选取。

    在各个等电位连接部件中，预期仅流过一小部分的雷电流。

3．4．2．2  信息系统的等电位连接

    将外部LPS并入建筑物的共用接地系统，金属装置均与该共用接地系统等电位连接(见3．4．2．1)，以获得一个低电感的网格状接地系统。

    信息系统的各个外露导电部件应建立等电位连接网络。从原理上讲，等电位连接网络不必连到大地，但本标准所考虑的所有等电位连接网络均是接地的。

    信息系统的金属部件如箱体、外壳、机架等与建筑物的共用接地系统的等电位连接有两种主要方法，如图15所示。

    应采用两种基本等电位连接网络结构中的一种(见图15)：

    ——S型(星型)结构；

    ——M型(网格型)结构。

    当采用S型等电位连接网络时，除了等电位连接点外，系统的所有金属部件应与共用接地系统部件作充分的绝缘(或隔离)。

    通常，S型等电位连接网络用于相对较小的、限定于局部的系统，所有设施及电缆仅在一点进入该系统。

    S型等电位连接网络应该仅以一点(按地基准点ERP)连接方式并入共用接地系统，从而构成Ss型等电位连接网络(见图15)。同时在此情况下，为了避免构成感应环路，各设备间的所有连接线路及电缆应与按星型布置的各条等电位连接线平行布线。由于是单点连接，因而没有与雷电相关的低频电流能进入信息系统中，此外，信息系统内部的低频干扰源也不能产生地电流。此唯一的连接点亦是连接SPD以限制传导过电压的理想连接点。

    采用M型等电位连接网络时，系统的金属部件不应与共用接地系统部件绝缘。M型等电位连接网络应以多点连接方式汇集到共用接地系统，从而构成Mm型等电位连接网络。

    通常，M型等电位连接网络用于相对广延的开环系统，在这种系统中各设备间连有许多线路及电缆，各种设施及电缆从多个点进入信息系统。

    M型结构，对于高频来说，也获得了一个低阻抗的网络。而且，等电位连接网络的多个短路环路对磁场也起到多个衰减环路的作用，从而对信息系统附近的原有磁场加以衰减。

    在复杂的系统中，可将两种类型结构(S型和M型)的优点结合起来，如图16所示。

    一个S型局部等电位连接网络可与一个网格状(M型)结构组合在一起，如图16的组合1。

    此外，一个M型局部等电位连接网络可在ERP与共用接地系统相连(图16组合2)。在此组合中，局部等电位连接网络以及各设备的所有金属部件应与共用接地系统的各部件有足够的绝缘，而且所有设施及电缆在接地基准点ERP处进入该信息系统。

    通常，等电位连接网络是在LPZ的界面处与共用接地系统相连，虽然这不是强制性的。

表1  首次雷击的雷电流参量

表2  后续雷击的雷电流参量

表3  长时间雷击的雷电流参量

    平均电流：近似等于Q1／T。

    注：我国标准GB 50057-1994把建筑物防雷类别划分为：一类(对应上表的Ⅰ)、二类(对应上表的Ⅱ)、三类(对应上表的Ⅲ～Ⅳ)。

图1  雷击参数的定义

图2  一次闪击中的几种雷击

图3  将一个需要保护的空间划分为不同防雷保护区(LPZ)的原则

图4  将一建筑物划分为几个LPZ并作适当等电位连接的示例

图5 网格状接地系统的示例

图6  屏蔽及布线措施

图7  钢筋与金属框架相连减小内部磁场的示例

图8  导电部件或电气系统与等电位连接带的连接

图9  外来导电部件在地面上从多点进入建筑物的情况下，采用环形接地体实现等电位连接

图10  外来导电部件在地面上从多点进入建筑物的情况下，采用内部环形导体实现等电位连接

图11  外来导电部件空中多点进入建筑物的情况下的等电位连接

图12  外来导电部件单点进入建筑物情况下的等电位连接

图13  进入建筑物的各种设施之间雷电流的分配

图14  带电导线与等电位连接带之间的浪涌电压

图15  信息系统等电位连接的基本方法

图16  信息系统等电位连接方法的组合

附录 A  确定雷电流参数的背景资料

A．1  参数的概率

    2．2条所确定的雷电流参量是根据国际大电网会议(CIGRE)在Electra 41(1975)及Electra 69(1980)给出的结果而确定的。

    在图A．1中，示出了若干参量的概率。这些概率本质上是相互独立的。

A．2  首次雷击和长时间雷击

    表1将雷电流、电荷量、单位能量及持续时间等参数量组合在一起，因为它们中的每一个参数往往决定了一种事故机理。作为初步探讨，可认为所有雷击的10％是正极性的而90％是负极性的。尽管正极性雷击与负极性雷击之比是很低的，但正是正极性雷击(仅由首次雷击及长时间雷击构成)决定了所考虑的I、Q及W／R等参数的最大值。如果按照Ⅰ级保护，要使差不多所有雷击的99％都被包括进去，则要以概率低于10％的正雷击来决定峰值电流I、雷击电荷Qf、短时雷击电荷Qs以及单位能量W／R等参数的最大值。(相对应的概率为1％的负雷击的这些参数值，远比概率为10％的正雷击的参数值小许多，故可不予考虑)。

    注：一个更精确的雷电流参数的估算正在考虑中。

A．3  后续雷击

    负极性的后续雷击决定了波前电流的平均上升速率的最大值。如果按照Ⅰ级保护，要使大约99％的雷击都包括进去，则宜考虑概率小于1％的负极性后续雷击。

    据图A．1曲线15(波前的30％与90％间电流的平均上升速率概率曲线)，概率略低于1％时的整数值为：

    此值取作为波前电流上升速率的平均值I／T1。

    同样，根据图A．1曲线2，概率略低于1％时Ⅰ的整数值为50kA。由此得出对应的视在波前时间为：

A．4  不同的保护级别

    以保护级别Ⅰ所确定的值的75％及50％作为保护级别Ⅱ和保护级别Ⅲ～Ⅳ的相应确定值。

    这些确定值列于表1至表3中。

图A．1  雷电流参数的概率

附录B  用于分析的雷电流时间函数

    为了进行分析，首次雷击(10／350μs)及后续雷击(0．25／100μs)雷电流波形可定义为：

    式中：

        I——峰值电流；

        h——峰值电流校正系数；

        t——时间；

        τ1——波前时间常数；

        τ2——波尾时间常数。

    为了得出各种不同保护级别的首次雷击及后续雷击的电流波形，应采用表B．1中给出的参数。得到的解析曲线绘于图B．1～图B．4。

    长时间雷击可用平均电流为I、持续时间为表3中的T的矩形波来描述。

    从这些解析曲线可导出雷电流的幅值密度，参见图B．5。

表B．1  用于附录B中等式的参量

图B．1  首次雷击的电流上升波形

图B．2  首次雷击的电流波尾波形

图B．3  后续雷击的电流上升波形

图B．4  后续雷击的电流波尾波形

图B．5  保护级别Ⅰ的雷电流幅值密度

附录C  用于测试的雷电流的模拟

C．1  雷电流高能量部分的模拟

    表C．1、表C．2定义了测试参数，图C．1给出了测试发生器电路图，利用这些参数及发生器可模拟与直接雷击相关的雷电流的高能量部分。

    这些测试是用来评估被测试物的机械牢固性以及免除发生有害的发热及熔化效应的能力。这一模拟是用一个短时雷击及一个长时间雷击进行的。

    依据本方法进行的模拟包括了以下的参数：峰值电流I、短时雷击电荷量Qs、长时间雷击电荷量Q1以及单位能量W／R。

    短时雷击波形的定义见图1。

    短时雷击的测试参数(包括I、Qs及W／R)由表C．1给出。

    要在同一个脉冲中获得I、Qs及W／R等测试参数(具有相应的容差)。可以用一个T2为350μs的近似指数衰减电流脉冲来获得这些参数。

    长时间雷击波形的定义见图1。

    长时间雷击的测试参数(包括持续时间为T的能量Q1)由表C．2给出。

    注：当一个系统遭雷击时，雷电流将在系统内部分配。当对系统的个别的输入及输出端进行测试时，必须考虑雷击时雷电流的分配，因而须为系统的各个部件选取适当的测试参数。为此，必须进行系统分析。

    一个测试发生器的例子示于图C．1。

    测试应以一个短时雷击(参数如表C．1)及一个长时间雷击(参数如表C．2)进行。危许长时间雷击紧随在短时雷击之后。电弧熔化测试宜用两种极性的雷击进行。

C．2  雷电流快速上升的模拟

    电流的上升速率连同耦合机理决定了在荷载雷电流的导体附近的环路中以及载流导体本身磁感应电压及电流的大小。本条只涉及雷电流的模拟。

    规定了测试参数并示出了测试发生器的电路图，可利用这些参数及发生器来模拟与直接雷击相关的雷电流的快速上升部分。此模拟适用于首次短时雷击及后续短时雷击的模拟。

    可单独地进行本测试或者与C．1所述的方法组合起来进行测试。

    根据本方法所进行的模拟涉及短时雷击的电流上升速率△i／△t。电流的波尾部分对这类模拟无关紧要。

    短时雷击波形的定义见图C．2。

    测试参数为时间△t内的电流变化量△i。表C．3给出了这些参数。

    注：当一个系统遭雷击时，雷电流将在系统内部分配。当对系统的个别的输入及输出端进行测试时，必须考虑雷击时雷电流的分配，因而须对系统的各个部件选取适当的测试参数。为此，必须进行系统分析。

    测试发生器的例子示于图C．3及图C．4。

    注：用于测试的其他的参数、发生器以及测试方法正在考虑中。

表C．1  短时雷击参量

表C．2  长时间雷击参量

表C．3  短时雷击参量

图C．1  模拟短时雷击电流及长时间雷击电流的典型测试电路

图C．2  根据表C．3的电流上升波形

图C．3  模拟首次雷击电流上升的典型测试电路

图C．4  模拟后续雷击电流上升的典型测试电路

附录D  电磁耦合过程

D．1  耦合机理

    为了实用目的同时为了能用包含集总参数的等效电路来进行研究，将耦合过程分为电阻性耦合、磁场耦合及电场耦合是有好处的。

    由于直接雷击而对信息系统的瞬态耦合可起因于下列不同的机理：

    ——电阻性耦合(例如：由于接地电阻或电缆屏蔽层电阻引起的耦合)；

    ——磁场耦合(例如：由于装置构成的环路或连接线的电感引起的耦合)；

    ——电场耦合(例如：由于杆状天线引起的耦合)。

    由建筑物内设备引起的电场耦合通常比磁场耦合小。

    耦合受以下因素影响：

    ——接地；

    ——等电位连接；

    ——屏蔽；

    ——金属导体的走向与布局。

D．2  电阻性耦合

    当建筑物遭到雷击时，入地的雷电流通常在LPS与远地之间产生几百kV量级的电压，此电压值取决于接地电阻值。这就是与建筑物有等电位连接并接至远处大地的外来导体(如电缆)，有局部雷电流流过的原因。

    电缆屏蔽层流过的局部雷电流导致在内部芯线与屏蔽层间产生电压。

D．3  磁场耦合

    雷电流不论其在导体中流过或在雷电通道中流过，都产生磁场，该磁场在远至100m的范围内，其强度正比于时变电流值。

    磁场强度／H(t)与传导雷电流i的单一长直道路中心间的距离r成反比：

H(t)＝i(t)／2πr

    某些情况下可应用这一公式作简单的估算，但在大多数情况下宜对磁场作详细的分析。

    在磁场与导体有交链的地方，它就在环路(由这些导体构成)中产生与dH／dt成正比的电压。这就称之为磁感应。

D．4  电场耦合

    在形成主放电之前的瞬间必须考虑在整个雷击区(由雷击点起最远大约100m范围)内达到空气击穿放电场强(在500kV／m的范围内)的各争场强。

    主放电形成后，就必须考虑电场的衰减消失以及电场变化(范围为500(kV／m)／μs)的影响。

附录E  防护管理

    一座新建建筑物或在现有建筑内安装一套新信息系统的规划的早期阶段就宜提出LEMP防护的问题。

    通常，通过防雷专家的参与，从而与防雷设计相协调，这是建筑物的建筑设计师和工程师的职责。

    为了建立并维持技术上、经济上都为最佳的LEMP防护系统设计，防护管理是需要的。LEMP防护的设计宜与LPS的设计一起进行。

    宜遵循的防护管理的各个步骤如表E．1所示。

表E．1  新建建筑物以及建筑物结构或用途有重大改变的LEMP防护管理