防雷击电磁脉冲.ppt
第六章 防雷击电磁脉冲,第六章 防雷击电磁脉冲6.1 基 本 规 定,在旧规范的基本规定中有5条，新规范只有2条，只保留了旧规范中的一条（即条），理由如下：旧规范GB50057-94的第六章是在GBJ57-83的基础上加上去的，没有与整本规范形成统一的整体。新规范在修订时是统一考虑的，因此旧规范的条就没有必要了；一个信息系统是否需要防雷击电磁脉冲，新规范已在第四章的基本规定条进行了规定，所以旧规范的条也不必重复规定了；由于防雷要采取综合措施，一个信息系统若要防雷击电磁脉冲，此建筑物安装防直击雷装置是必须的，没有必要另行规定，因此，旧规范条也没有必要了。,第六章 防雷击电磁脉冲 6.1 基 本 规 定,条：“在工程的设计阶段不知道电子系统的规模和具体位置的情况下，若预计将来会有需要防雷击电磁脉冲的电气和电子系统，应在设计时将建筑物的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等于防雷装置组成一个接地系统，并应在需要之处预埋等电位连接板。”防雷击电磁脉冲的措施中，建筑物的自然构件和各种金属物及日后安装的设备之间的等电位连接是很重要的。许多工程在建设初期甚至建成后，仍不知其用途（有些是供出租用）。若在设计施工阶段不做好等电位连接并预埋连接板，待施工完成后，想要实现本条所规定的措施是很难的。并且设计中预先按此规定做并不会给施工增加难度和成本，建筑物投入使用前只要合理选用预埋连接板做好符合要求的等电位连接并安装SPD，防雷措施就完善了。目前设计上并不注意这一点，图纸审查和检测时需要重视并加以纠正。,第六章 防雷击电磁脉冲 6.1 基 本 规 定,新规范中条是强制性条款，旧规范也有此条款，但不在基本规定中，在第四节的条。“当电源采用TN系统时，从建筑物总配电箱起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。”这是因为正常的负荷电流只应沿中线N线流回，不应使有的负荷电流沿PE线或与PE线有连接的导体流回，否则，这些电流会干扰正常运行的用电设备。,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,这一节是本章的总则，提出防雷区的概念及划分方法（条），并原则性地规定了各防雷区防雷击电磁脉冲的措施（条和条）。条以各防雷区交界处的 电磁环境有明显改变作为划 分不同防雷区的特征。防雷区划分的一般原则 如图所示：,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,防雷区的概念比较简单，新旧规范的规定基本一致。但防雷区概念的提出很重要：将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲磁场强度的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。防雷击电磁脉冲的措施都是以防雷区的概念为基础的，如果没有防雷区的概念，防雷规范不会这么简洁有序，技术人员的思路不会这么井井有条。,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,条以图示的方法原则性地提出了四种防雷击电磁脉冲措施中安装磁场屏蔽和安装协调配合好的多组电涌保护器的组合方法。采用大空间屏蔽和协调配合好的电涌保护器保护采用LPZ1的大空间屏蔽和进户处安装电涌保护器的保护采用内部线路屏蔽和在进入LPZ1处安装电涌保护器的保护仅采用协调配合好的电涌保护器的保护,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,（a）采用大空间屏蔽和协调配合好的电涌保护器保护设备得到良好的防导入电涌的保护，U2大大小于U0和I2大大小于I0，以及H2大大小于H0防辐射磁场的保护,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,（b）采用LPZ1的大空间屏蔽和进户处安装电涌保护器的保护设备得到防导入电涌的保护，U1小于U0和I1小于I0，以及H1小于H0防辐射磁场的保护,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,（c）采用内部线路屏蔽和进入LPZ1处安装电涌保护器的保护设备得到防线路导入电涌的保护，U2小于U0和I2小于I0，以及H2小于H0防辐射磁场的保护,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,（d）采用协调配合好的电涌保护器保护设备得到防线路导入电涌的保护，U2小于U0和I2小于I0，但不需防H0辐射磁场的保护,第六章 防雷击电磁脉冲6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲,条规定：“在两个防雷区的界面上宜将所有通过界面的金属物做等电位连接。当线路能承受所发生的电涌电压时，电涌保护器可安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位连接。”这条规定也是原则性地规定了做等电位的要求和位置。6.3节“屏蔽、接地和等电位连接的要求”及6.4节“安装和选择电涌保护器的要求”这两节的内容是对条及条规定的具体化和细化。,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,条规定：“屏蔽、接地和等电位连接的要求宜联合采取下列措施：”（这些措施与旧规范基本一致。）条规定了在屏蔽效率未做试验和理论研究时，磁场强度衰减的计算方法。这部分内容变化比较大，原因是旧规范中的计算方法有错误，现在予以改正。（专题讲解）,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,条第1款规定了每幢建筑物本身应采用一个接地系统，具体连接方法如图所示。条第2款规定了相邻建筑物之间有电气和电子系统的线路连通时，宜将其接地装置互相连接。这条规定很重要，在实际工作中主要是针对建筑物单体进行设计评价和检测，基本忽略了相邻建筑物是否有互相连接的金属管线。例如在气象观测站的防雷设计中，就涉及到这个问题，如果不按这一条的规定进行设计，雷电反击问题将非常严重。,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,条详细规定了“穿过各防雷区界面的金属物和建筑物内系统以及在一个防雷区内部的金属物和建筑物内系统”在界面处如何做好等电位连接的具体要求。其中第1、2、3款详细规定了所有进入建筑物及后续防雷区界面处的外来导电物在界面处做防雷等电位连接的方法和器材的规格；第4款规定了“所有电梯轨道、起重机、金属地板、金属门框架、设施管道、电缆桥架等大尺寸的内部导电物”，其等电位连接的方法。,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,第5款对电子系统的等电位连接及接地装置进行了规定，要求“电子系统的所有外露导电物体应与建筑物的等电位连接网络做功能性等电位连接。电子系统不应设独立的接地装置。向电子系统供电的配电箱的保护地线（PE线）应就近与建筑物的等电位连接网络作等电位连接”。这款强调电子系统不应设独立的接地装置，其原因：一是按照民用建筑电气设计规范第条的规定：“当电子设备接地与防雷接地系统分开时，两接地网的距离不宜小于10m”。现代建筑物一般都比较密集，难于按照规范要求间隔10m为电子系统设立独立的接地装置；二是共用接地装置可以有效防止地电位反击。,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,第5款同时强调“向电子系统供电的配电箱的保护地线（PE线）应就近与建筑物的等电位连接网络作等电位连接。”这一点很重要。如果PE线不就近与建筑物的等电位连接网络作等电位连接，即使在此安装了SPD，雷电流要通过PE线泄放，线路太长，阻抗很大，达不到快速泄放雷电流的目的，达不到限制电涌电压的目的，也达不到与整个建筑物防雷系统等电位的目的。这个问题在实际工作中是普遍存在的，在检测配电箱时，只测接地电阻，而没有检查其是否就近与建筑物的等电位连接网络作了等电位连接，这个问题应引起我们足够的重视。,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,规定了S型等电位连接和M型等电位连接的适用范围，明确规定：“当电子系统为300kHz以下的模拟线路时，可采用S型等电位连接，且所有设施管线和电缆宜从接地基准点（ERP)处附近进入该电子系统。当电子系统为兆赫兹级数字线路时，应采用M型等电位连接,系统的各金属组件不应与接地系统各组件绝缘。每台设备的等电位连接线的长度不宜大于0.5m，并宜设两根等电位连接线安装于设备的对角处，其长度相差宜为20%”。,第六章 防雷击电磁脉冲6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求,当功能性接地线的长度l 为干扰频率（干扰波）波长的1/4或其奇数倍时将产生谐振，接地线的阻抗成为无穷大，它成为一根天线，能接收远磁场的干扰或发射出干扰磁场。所以通常最好是按远离加于导体的电气干扰频率的1/4波长来选择接地导体的物理长度l，最好是 l/20。但是现在数字化电子系统的工作频率越来越高，如普通计算机的时钟频率是100MHz，在此频率下，要做到 l/20=300/（10020）=0.15m是很困难的。所以推荐每台设备从基准平面引两根接地导体接于设备底的对角处，两根导体一长一短，相差约20%，如一根为0.5m，一根为0.4m。这样，即使其中一根产生谐振，即阻抗无穷大，另一根是不会的。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,条规定：“复杂的电气和电子系统中，除在户外线路进入建筑物处，LPZ0A或LPZ0B进入LPZ1区，按本规范第4章要求安装电涌保护器外，在其后的配电和信号线路上应按本规范第条确定是否选择和安装与其协调配合好的电涌保护器。”SPD的安装准则：安装的SPD越靠近引来线路入户处（安装在总配电箱处），建筑物内将被这处SPD保护到的设备越多（经济利益）。SPD越靠近需要保护的设备，其保护越有效（技术利益）。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,IEC62305-4:2010附录C中有以下规定：“在以下条件下建筑物内系统得到保护：它们在能量上与上游的SPD配合好。满足下列条件之一：当SPD与要保护的设备之间的电路长度是很小时(典型的情况是SPD安装在设备的接线端处)：Up/f Uw;当电路长度不大于10m时（典型的情况是SPD安装在分配电箱处或安装在插座处）：Up/f 0.8Uw;当电路长度大于10m时（典型的情况是SPD安装在线路进入建筑物处或在某些情况安装在分配电箱处）：Up/f(Uw-Ui)/2。当建筑物（或房间）有空间屏蔽、有线路屏蔽（采用有屏蔽的线路或金属线槽）时，在大多数情况下感应电压Ui很小，可以略去不计。”以下条款均按此原则来规定。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,条：电涌保护器安装位置和放电电流的选择，应符合下列规定：户外线路进入建筑物处，即LPZ0A或LPZ0B进入LPZ1区，所安装的电涌保护器应按本规范第4章的规定确定。靠近需要保护的设备处，即LPZ2区和更高区的界面处，当需要安装电涌保护器时，对电气系统宜选用级或级试验的电涌保护器，对电子系统宜按具体情况确定，并应符合本规范附录J的规定，技术参数应按制造商提供的、在能量上与本条第1款所确定的配合好的电涌保护器选用，并应包含多组电涌保护器之间的最小距离要求。旧规范中对电涌保护器的最小距离要求有：“在一般情况下，当在线路上多处安装SPD且无准确数据时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m，限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。”新规范中没有对最小距离要求做具体的规定。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,电涌保护器应与同一线路上游的电涌保护器在能量上配合，电涌保护器在能量上配合的资料应由制造商提供。若无此资料，级试验的电涌保护器，其标称放电电流不应小于5kA；级试验的电涌保护器，其标称放电电流不应小于3kA。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,条：电涌保护器的有效电压保护水平，应符合下列规定：对限制型电涌保护器：对电压开关型电涌保护器，应取下列公式中的较大者：式中：Up/f 电涌保护器的有效电压保护水平（kV）；Up 电涌保护器的电压保护水平（kV）；U 电涌保护器两端引线的感应电压降，即L（di/dt），户外 线路进入建筑物处可按1kV/m计算，在其后面的可按U=0.2Up计算，仅是感应电涌时可略去不计。为取得较小的电涌保护器有效电压保护水平，应选用有较小电压保护水平值的电涌保护器，并应采用合理的接线，同时应缩短连接电涌保护器的导体长度。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,旧规范中第条规定：“电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压，即电涌保护器的最大钳压加上其两端引线的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短。”新规范对于电涌保护器的要求仅保留了能够通过最大钳压，对其有效电压保护水平作了规定，取消了熄灭工频续流的要求，其原因是，目前的SPD均有能够切断工频续流能力的设计或装置。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,确定从户外沿线路引入雷击电涌时，电涌保护器的有效电压保护水平值的选取应符合下列规定：当被保护设备距电涌保护器的距离沿线路的长度小于或等于 5 m时，或在线路有屏蔽并两端等电位连接下沿线路的长度小于或等于 10 m时，应按下式计算(6.4.7-1)式中：Uw 被保护设备的设备绝缘耐冲击电压额定值(kV)。此条规定主要考虑到雷电波的震荡反射影响，旧规范第条规定：“安装的SPD所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在被保护设备处装设SPD，其标称放电电流In不宜小于8/20s 3kA。当被保护设备沿线路距安装的SPD不大于10m时，若该SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压（有效的电压保护水平）小于被保护设备耐压水平的80%，一般情况在被保护设备处可不装SPD。”,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,震荡现象对保护距离的影响：当用SPD保护特定设备或当位于总配电箱处的SPD不能对一些设备提供足够保护时，SPD应安装在尽可能靠近需要保护的设备处。如果SPD与被保护设备之间的距离过大时，震荡通常能导致设备端子上的电压升高到2倍UP，在某些情况下甚至可能还超过这一电压水平。虽然安装了SPD，这一电压可能损坏被保护的设备。可接受的距离（称为保护距离）取决于SPD的形式、系统的形式、所进来电涌的陡度和波形以及所连接的负荷。特别仅在以下情况下才可能将电压加倍：设备是一高阻抗负荷或设备在内部被断开。通常，对小于10m的距离可不管震荡现象。有时，设备设有内部保护元件（如压敏电阻），这甚至在更长的距离下也将显著减小震荡现象。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,当被保护设备距电涌保护器的距离，沿线路的长度大于 10 m时，应按下式计算:(6.4.7-2)式中：Ui 雷击建筑物附近，电涌保护器与被保护设备之间电路环路的感应过电压(kV)。旧规范条：“在考虑各设备之间的电压保护水平时，若线路无屏蔽尚应计及线路的感应电压，在考虑被保护设备的耐压水平时宜按其值的80%考虑。”闪电击到建筑物上或附近，能在SPD与被保护设备之间的电路环路中感应过电压Ui，它加到了Up/f上，所以降低了SPD的保护效率。当建筑物（或房间）无空间屏蔽、电路无屏蔽时，SPD与被保护设备之间电路环路的感应电压Ui随环路的尺寸增大而加大，该环路的大小取决于线路路径、电路长度、带电体与PE线之间的距离、电力线与信号线之间的环路面积等。,第六章 防雷击电磁脉冲6.4 安装和选择电涌保护器的要求,对本条第2款，当建筑物或房间有空间屏蔽和线路有屏蔽或仅线路有屏蔽并两端等电位连接时，可不考虑电涌保护器与被保护设备之间电路环路的感应过电压，但应按下式计算。(6.4.7-3)前面三款未规定当被保护设备距SPD的距离沿无屏蔽线路长度大于5m且小于10m时的计算方法。当被保护的电子设备或系统要求按现行国家标准电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T17626.5确定的冲击电涌电压小于 Uw时，式（）式（）中的 Uw应用前者代入。,
