IEC623051雷电防护第1部分.docx
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IEC623051雷电防护第1部分
IEC62305-1.Ed.181/216/CDV
雷电防护
第1部分：
总则
IEC:
ProtectionAgainstLightning
Part1:
Generalprinciples
前言…………………………………………………………………………………………………3
简介…………………………………………………………………………………………………4
1.范围和目标………………………………………………………………………………….…5
2.规范性参考文件…………………………………………………………………………….…5
3.术语和定义………………………………………………………………………………….…5
4.雷击电流参数………………………………………………………………………….……..11
5.雷电的损害…………………………………………………………………………….……..11
5.1对建筑物的损害
5.2对公共设施的损害
5.3损失类型
6.对防雷的需求和经济利益…………………………………………………………….……..14
6.1雷电防护需求
6.2雷电防护的经济利益
7.防护措施…………………………………………………………….………………………..14
7.1减少接触和跨步电压对活体损害的防护措施
7.2减少物质损害的防护措施
7.3减少电气和电子系统失效的防护措施
7.4防护措施选择
8.对建筑物和公共设施防护的基本准则…………………………………………………….16
8.1雷电防护等级（LPL）
8.2雷电防护区（LPZ）
8.3建筑物防护
附录A（资料性）雷击电流参数…………………………………………………………….….25
附录B（资料性）供分析用的雷击电流的时间函数……………………………………….….34
附录C（规范性）供试验用的雷击电流的模拟………………………………………….…….38
附录D（规范性）对LPS部件受雷电影响的模拟及其试验参数……………………….…….42
前言
1）IEC（国际电工委员会）是世界性标准化组织，其所有成员为国家电工委员会。
它致力于促进在电气和电子领域内所有关于标准化问题的国际合作。
为着本目标及其它相关活动，IEC发行公布国际标准。
前期工作委托给技术委员会；任何IEC组成成员如对该问题感兴趣，可参与准备工作。
与IEC有交往的国际性的、政府间的、以及民间组织也可参与该工作。
IEC与ISO在两组织已达成的协议条件下保持着密切合作。
2）IEC关于技术问题的正式决定或协议，尽可能地表述为相关的国际公认标准。
因每一技术委员会拥有来自代表各国利益的各国委员会的代表。
3）为方便国际间合作，产生的文件以各国委员会易接受的形式印发，如：
标准、技术规格、技术报告或指南形式等。
4）为促进国际间的统一化，IEC成员致力于在其各自国家和地区最大可能地应用IEC国际标准。
IEC标准和对应的国家或地区标准的任何分歧均在后面清晰指明。
5）IEC不提供声明同意等程序，不对任何声称符合其某一标准的设备负责。
6）本国际标准的一些要件可能为某一专利权所属，此点需注意。
对此类专利的确认，IEC不负任何责任。
国际标准IEC62305-1由IEC技术委员会81的分委会WG8起草。
此标准的正文基于下列文件：
FDIS
表决报告
81/XX/FDIS
81/XX/RVD
关于表决通过此标准的全部信息在上表的表决报告可找到。
此公布是根据ISO／IEC指示第3部分起草的。
委员会决定此公布的内容将不作变更直至_____。
届时，此公示将
·重新确认；
·撤销；
·由修订版代替；
·修正。
简介
雷电是自然的天气现象且尚无用装置和其他方法能阻止雷击放电。
雷电闪击打到建筑物或公共设施上，进入建筑物，或袭击到地面损害人身和建筑物，损害建筑物内部的装备和公共设施，因此必须考虑到雷电防护。
为防护需要，在风险管理项目中对雷电防护措施的安装和选择足够的保护措施及其经济利益上的考虑都是必要的。
风险管理方法见IEC62305-2。
雷电防护措施的设计、安装和维护的准则分三个部分考虑：
第一部分为减少在建筑物内物体损坏和人身伤害的防护措施，见IEC62305-3；
第二部分为减少在建筑物内电器和电子系统失效的防护措施，见IEC62305-4；
第三部分为减少进入建筑物内的公共设施的失效（主要是电气和通信线缆）的防护措施，见IEC62305-5。
雷电防护
第一部分：
通则
1范围和目标
本部分对下列雷电防护提供了相关依据：
·建筑物包括其中的装备和设备，也包括人身；
·进入建筑物的公共设施。
下列案例不包括在本标准的目标之内：
·铁路设施；
·车辆、船只、飞行器、海岸设施；
·地下高压管道。
注：
通常上列系统由特定当局制订的专用规则控制。
2规范性参考文件
下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本国际标准的条款。
凡是注明日期的引用文件，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，鼓励根据本国际标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
IEC和ISO的成员对国际标准的当前有效性维持其注册状态。
IEC60364系列：
建筑物的电气安装；
IEC60479系列：
电流对人和牲畜的影响；
IEC61643-1-1998年版：
接在低压配电系统上的浪涌保护器；
第一部分：
性能、要求和试验方法；
IEC61643-12-2002年版：
接在低压配电系统上的浪涌保护器；
第二部分：
选择和应用原则；
IEC62305系列：
雷电防护。
3术语和定义
为达到本标准的目的，应使用下列定义。
3.1对地的雷击闪电Lightningflashtoearth
在云和地表面之间源于大气的放电，它包括一次或多次闪击。
3.2下击闪电Downwardflash
在云和地表面之间由于向下引导发生的雷击。
一个下击闪电含有一个首次短冲击，可随后发生后续短冲击，在一个长冲击之后可能随有一个或多个短冲击。
3.3上击闪电Upwardflash
在云和地表面之间由于向上引导发生的雷击。
一个上击闪电含有伴随多个叠置短冲击或无叠置短冲击的一个长冲击，之后可能随有一个或多个短冲击。
3.4雷电冲击Lightningstroke
对地雷击闪电中的单个放电。
3.5短冲击Shortstroke
在雷击闪电中对应一个脉冲电流的部分。
此电流的半值时间T2典型地为小于2ms（参见图A1）。
3.6长冲击Longstroke
在雷击闪电中对应一个持续电流的部分。
此持续电流的维持时间Tlong（从前段达10％数值至尾迹为10％数值的时间）典型地为大于2ms且小于1s（参见图A.2）。
3.7多次冲击Multiplestrokes
雷击闪电持续平均为3～4次冲击，典型的时间间隔为50ms（偶然地可达数十次冲击，其中时间间隔据已有报告可从10ms至250ms）。
3.8雷击点Pointofstrike
雷击点为雷击闪电落在地表面或某个坐落目标上（例如建筑物、LPS、公共设施、树等）。
3.9雷击电流（i）Lightningcurrent（i）
流过雷击点的电流。
3.10峰值电流（l）Peakvalue（l）
雷击电流的最大值。
3.11短冲击电流的平均陡度Averagesteepnessoftheshortstrokecurrent
在t2-t1，时间间隔内电流变化的平均速率。
它以电流开始到电流结束的时间间隔内i（t2）-i（t1）的差值除以t2-t1来表示（参见图A.1）。
3.12短冲击电流的波头时间（T1）Fronttimeofshortstrokecurrent（T1）
它是一个虚拟参数，由电流从峰值的10％到90％之间的时间间隔乘以1.25所定义（参见图A.1）。
3.13短冲击电流的虚拟原点（O1）Virtualoriginofshortstrokecurrent（O1）
冲击电流前段连接10％和90％两个参考点的直线在时间轴上截交的点（参见图A.1）；它早于电流达到其峰值的10％的0.1T1点。
3.14短冲击电流的半值时间（T2）Timetohalfvalueofshortstrokecurrent（T2）
它是一个虚拟参数，由电流从虚拟原点O1起至电流回降至峰值一半的时间间隔所定义（参见图A.1）。
3.15闪击持续时间（T）Flashduration（T）
雷击电流流经雷击点的时间。
3.16长冲击电流持续时间（Tlong）Durationoflongstrokecurrent（Tlong）
对长冲击电流从上升到峰值的10％至下降到峰值的10％之间的电流持续时间（参见图A.2）。
3.17闪击充电（Qflash）Flashcharge（Qflash）
在整个雷击闪电过程中雷击电流对时间的积分。
3.18短冲击充电（Qshort）Shortstrokecharge（Qshort）
在一个短冲击中雷击电流对时间的积分。
3.19长冲击充电（Qlong）Longstrokecharge（Qlong）
在一个长冲击中雷击电流对时间的积分。
3.20比能（W/R）Specificenergy（W/R）
在整个雷击闪电过程雷击电流的平方对时间的积分；它表示雷击电流在一个单位电阻上能量的耗损。
3.21短冲击电流的比能Specificenergyofshortstrokecurrent
在短冲击过程内雷击电流的平方对时间的积分。
注：
对一个长冲击电流，其能量比可以忽略。
3.22保护目标Objecttobeprotected
防止受雷击影响的建筑物或公共设施。
3.23保护建筑物Structuretobeprotected
按照本标准防止受雷击影响需要保护的建筑物。
注：
受保护的建筑物可以是大建筑物的一部分。
3.24保护公共设施Servicetobeprotected
按照本标准防止受雷击影响需要保护的公共设施。
注：
电力和通信线缆是最易受雷击影响的入户公共设施。
3.25目标受击Lightningtoanobject
对一个被保护目标的雷电袭击。
3.26目标附近受击Lightningflashnearanobject
对一个被保护目标的附近受雷电袭击，可能损坏其电气和电子系统。
3.27电气系统Electricalsystem
一个由低压电源供给的部件，并也可能有电子部件结合的系统。
3.28电子系统Electronicsystem
一个由敏感性电子部件结合的系统，例如通信设备、计算机、控制和仪表系统、无线电系统、电子电源装备。
3.29内部系统Internalsystem
一个建筑物内的电气和电子系统。
3.30实体损害Physicaldamage
受雷击后，建筑物损坏或其内部物体由于机械的、热力的、化学的和爆炸影响而损伤。
3.31活体伤害Injuriesoflivingbeings
由于雷击形成人或动物的接触或跨步电压而伤害，包括死亡。
3.32电器和电子系统的失效Failureofelectricalandelectronicsystem
由于雷击的电磁效应造成电气和电子系统的永久性损坏。
3.33雷击电磁脉冲（LEMP）Lightningelectromagneticimpulse（LEMP）
雷击电流的电磁效应。
注：
它包括电气和电子的设备中形成的浪涌和直接对设备本身的磁场效应。
3.34雷击防护区（LPZ）LightningProtectionZone（LPZ）
由雷击电磁环境定义的区域。
3.35风险Risk
由于雷击可能造成（人身和货物）的年损失相对于被保护目标（人身和货物）的总值之比。
3.36风险容差（RT）Tolerablerisk（RT）
对被保护目标风险可容许偏离的最大值。
3.37雷击防护等级（LPL）Lightningprotectionlevel（LPL）
对雷击造成的损伤用一组雷击电流参数值作定义去划分。
注：
雷击防护等级是用相关雷击电流参数去设计防护措施的。
3.38防护措施Protectionmeasures
为减少受保护目标的风险而采取的措施。
3.39雷击防护系统（LPS）LightningProtectionSystem（LPS）
为减少雷电闪击对建筑物的实体损害所用的整个系统，它也包括建筑物外部和内部的防护系统。
3.40外部的雷电防护系统Externallightningprotectionsystem
LPS的一部分，它含有一个接闪器、一个引下线和一个接地系统。
注：
这些部分典型都在建筑物外部。
3.41内部的雷电防护系统Internallightningprotectionsystem
LPS的一部分，它是指受保护建筑物内的雷电等电位连接和适当安全间隔。
3.42接闪器Air-terminationsystem
外部的LPS的一部分，利用金属元件，例如杆、网格导体或吊线以截取雷击闪电。
3.43引下线Down-conductorsystem
外部的LPS的一部分，用以将接闪器的雷击电流引导到接地系统。
3.44接地系统Earth-terminationsystem
外部的LPS的一部分，用以将雷击电流引导并散布到地球。
3.45外部传导部件Externalconductiveparts
进入或离开受保护建筑物的延伸金属导体，例如管系、金属缆、金属腔箱等，它们可能携带雷击电流的一部分。
3.46雷电等电位连接Lightningequipotentialbonding
将分离的金属部件连接到LPS，这种直接的导电连接或通过浪涌保护器的连接使得雷击电流造成的电位差减少。
3.47屏蔽线缆Shieldingwire
为减少雷击闪电对公共设施的实体损害所用的金属线缆。
3.48磁屏蔽Magneticshield
包覆在受保护目标或其一部分上的闭合的金属栅格或连续筛网，以减少其电器和电子系统的失效。
3.49浪涌保护器Surgeprotectivedevice（SPD）
为限制瞬态过压并转移浪涌电流所用的器件，它至少含有一个非线性元件。
3.50浪涌保护器系统（SPD系统）Surgeprotectivedevicessystem（SPDsystem）
适当选择并装配起来的SPD的匹配组合，用以减少电器和电子系统的失效。
3.51可承受的额定脉冲电压Ratedimpulsewithstandvoltage
由制造厂商对设备或其一部分指定的一个可承受的脉冲电压值，其作用为针对过压绝缘性耐受能力的规定（参见IEC60664-1的第1.3.9.2的定义）。
4雷击电流参数
在IEC62305系列中采用的雷击电流参数见附录A；
用于分析目的的雷击电流的时间函数见附录B；
为试验目的而模拟的雷击电流的信息见附录C；
雷击对LPS部件影响的实验室模拟所用的基本参数见附录D。
5雷击的损害
5.1对建筑物的损害
雷击对建筑物的损害可以导致建筑物自身的损坏和建筑物内居住的人员与物品的伤害，也包括内部系统的失效。
这种损坏和失效可能扩展到建筑物周围，并且也可以影响到局部环境。
扩展到何等程度尺度取决于建筑物的性质以及雷击闪电的性质。
5.1.1雷击对一个建筑物的影响
建筑物的主要特性与雷击影响的关系为：
结构（例如木、砖、混凝土、钢筋混凝土、钢架结构）；功能（住房、办公室、农庄、剧院、旅馆、学校、医院、博物馆、教堂、监狱、百货商店、银行、作坊、工厂、运动场馆）；居住者和物品（人员和动物、易燃品或非燃品的出现、爆炸品或非爆炸品的出现、耐受低压或高压的电气和电子系统）；
入户的公共设施（电力线缆、通信线缆、管道等）；
原有或可提供的防护措施（例如可以使物体损害和生命损害减少的防护措施，可以使内部系统减少失效的防护措施）；
损害扩展的规模（撤离很困难的建筑物或会引起恐慌的建筑物、引起周围危险的建筑物、危机环境的建筑物）。
5.1.2建筑物受损的原因和类型
雷击电流是受损的原因，下列应该考虑到的情况取决于雷击点相对于建筑物的位置：
——S1：
雷击建筑物
——S2：
雷击建筑物的邻近区域
——S3：
雷击进入建筑物的公共设施
——S4：
雷击进入建筑物公共设施的邻近区域
—雷击建筑物能导致：
立即的机械损害，由于雷击等离子弧自身热引起的火灾和/或爆炸，或者由雷击电流在导体上的阻值热（过热导体）引起的火灾和/或爆炸，或者由充电导致（在熔化金属里）电弧腐蚀；
火花触发的火灾和/或爆炸，它是由于局部雷击电流通道上的电阻和电感耦合导致的过压所引起的；
由于从电阻和电感耦合所引起的接触电压和跨步电压伤害了人身；
由于雷击电磁脉冲（LEMP）使内部系统失效或工作失常。
—雷击建筑物的邻近区域能导致：
由于雷击电磁脉冲（LEMP）使内部系统失效或工作失常。
—雷击入户公共设施能导致：
由火花触发的火灾和/或爆炸，它是由于雷击电流通过入户公共设施传进去所造成的；
内部系统失效或工作失常，这是由于雷击电流使入户公共管线上出现过压进入建筑物引起的。
—雷击入户公共设施的邻近区域能导致：
内部系统失效或工作失常，这是由于雷击电流使入户公共管道上感应生成过压进入建筑物引起的。
注1：
内部系统失常不包括在IEC62305系列的文件中，应参考IEC-61000-4-5。
注2：
只有雷击电流（总电流或部分电流）带来的火花有可能触发火灾。
注3：
在管线上或其邻近区域的雷击，在提供了连接到建筑物上等电位连接带后，则不会造成建筑物的损毁。
雷击可导致三种基本损害的类型：
——D1：
由于接触和跨步电压伤害活体
——D2：
由于雷击电流的影响，包括火花造成的实体损害（火灾、爆炸、机械毁损、化学释放）
——D3：
由于雷击电磁脉冲（LEMP）使内部系统失效
5.2对公共设施的损害
雷击影响到公共设施时，可以使公共设施实体损害——用以提供业务的线缆或管道，及其所连接的电气和电子设备。
损害扩展的规模取决于业务性质，电气和电子系统的型式和伸展范围，以及雷击闪电的特性。
5.2.1公共设施受雷击的影响
公共设施的主要特性与雷击影响的关系为：
结构（线路、顶置、地下、有屏蔽、无屏蔽、光纤、管道、金属、塑料）；
功能（通信线缆、电力线缆、管道）；
配套建筑（结构、内部设备、规模、本地化）；
原有或提供的防护措施（例如屏蔽线、SPD、线路余度、液体储存系统、发电机组、连续供电系统）。
5.2.2公共设施受损原因及其类型
雷击电流是受损的原因，下列应考虑到的情况取决于雷击点相对于公共设施的位置：
——S1：
雷击供应业务的建筑物
——S3：
雷击进入建筑物的公共设施
——S4：
雷击入户公共设施的邻近区域
雷击供应业务的建筑物能导致：
局部雷击电流流入公共设施时，其导线和缆网上的阻性热使金属熔化；
连接设备的电阻耦合使线路绝缘击穿；
管接头上的非金属垫圈和绝缘接头上的胶垫被击破。
注1：
光纤线缆无金属导体对公共设施的建筑物遭雷击时不受影响。
雷击进入建筑物的公共设施能导致：
由于雷击电流的电动应力或热效应使公共设施的线路或管道立即机械损毁（金属线、屏蔽或管道断路和/或熔化）；并由于雷电等离子弧自身的热使塑料护板击破；线路的电气损坏（绝缘击穿）和连接设备的电气损坏；顶置金属管道薄壁和接合盘中的非金属垫圈击破，然后，由于传输液体的性质又导致扩展成火灾或爆炸。
雷击入户公共设施的邻近区域能导致：
由于雷击电流的电感耦合（感应生成过压）使线路及其连接设备的绝缘体击穿。
注2：
光纤线缆无金属导体邻近地面遭雷击时不受影响。
雷击可导致三种基本类型的损害：
——D1：
由于接触和跨步电压伤害活体
——D2：
由于雷击热效应使物体损坏（火灾、爆炸、机械毁损、化学释放）
——D3：
由于过压使电气和电子系统失效
5.3损失的类型
对受保护目标的各种类型的损失可以单独或结合在一起产生不同的后果。
损失类型的出现取决于目标自身的性质。
针对本标准的目的考虑了如下的损失类型：
——L1：
生命损失
——L2：
公共设施的损失
——L3：
文化遗产损失
——L4：
经济损失（建筑物及其内部设施，业务活动上的损失）
损失类型L1、L2、L3可视作社会损失，而损失类型L4可视作经济损失。
对应于损失的原因，伤害和损失的类型列为表2a对建筑物，表2b对业务。
从伤害类型形成的损失类型参见图1。
6对防雷的需求和经济利益
6.1防雷的需求
对一个目标雷击防护的需求为保护其减少社会上的损失L1、L2和L3，并做出评估。
为评估是否需要防雷，应根据IEC62305-2所含程序做出风险评定。
根据5.3节中的损失类型应考虑下列风险：
——R1：
生命损失风险
——R2：
公共设施的损失风险
——R3：
文化遗产损失风险
如果风险（R1至R3）高于可承受风险RT，则有必要防雷。
在此情形下，应采取防雷措施，使得风险R（R1至R3）减小到可承受风险RT。
如果对受保护目标，可能出现多于一种的损失类型，应对每种损失类型（L1、L2和L3）都能满足
的条件。
雷击导致该项目损失的社会价值即可承受风险RT的值应由负责的国家机构来考虑。
注：
有关风险评定和选用防雷措施的程序见IEC62305-2。
6.2防雷的经济效益
对目标的雷击防护除了其需求以外，对于减少经济损失L4防护措施所能提供的经济效益的评估也是有用的。
在此情形下，应评定风险R4的经济损失。
对风险R4评定可以包括采用了防雷措施后经济损失中的成本，或未采用防雷措施的经济损失评定。
如果防雷措施作用后的剩余损失CRL及防雷措施的成本CPM之和小于没有防雷措施时的总损失成本CL，则其防雷是有利的：
注：
防雷经济利益评估见IEC62305-2。
7防护措施
为减少风险采用的防护措施应根据损害类型选择。
7.1减少接触和跨步电压对活体危害的防护措施
可能的防护措施如下：
对外露导电部件适当的绝缘；
采用网格接地系统实现等电位化；
行动限制和警告提示。
注1：
对建筑物内部和外部土壤的表面电阻加大可减少生命灾害。
注2：
由于公共设施受到雷击造成的生命灾害可以不考虑。
7.2减少实体损害的防护措施
可能的防护措施如下：
a）对建筑物
雷击防护系统（LPS）
注1：
当安装了LPS，等电位连接对减少火灾和爆炸危险和生命灾害是非常重要的措施。
参见IEC62305-3。
注2：
限制火情的发展和传播，例如防火仓室、灭火器、消防水栓、火警器配备、灭火装备等的供应可以减少实体损害。
注3：
提供逃生路径能保护人员。
b）对公共设施
线缆屏蔽
注4：
对地下电缆采用金属管道能提供保护。
7.3减少电气和电子系统失效的防护措施
可能的防护措施如下：
a）对建筑物
在进入建筑物的线缆和内部装备的进入点上的浪涌保护器（SPD）；
建筑物和／或其中的装备和／或进入建筑物的线缆做磁屏蔽；
建筑物内部线路的合理布线。
b）对公共设施
在公共设施和线缆端接处的浪涌保护器（SPD）；
注1：
对地下电缆采用足够厚度的连续的金属屏蔽是非常有效的保护。
注2：
多重线路、多重设备、自主电源、发电组、连续电源系统、液体存储系统、自动故障检测系统对公共设施减少损失是有效的防护措施。
注3：
设备和电缆的
升级会员 