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1、电涌保护器安装级数分析关象石1）余立平2）孙丹波2）（1中国气象学会雷电防护委员会，北京 100081；2.深圳市气象局，深圳 518001）摘要 根据国际电工委员会（IEC）标准和建筑物防雷设计规范的内容，对建筑物电子信息系统防雷技术规范中要求安装多级电涌保护器的内容进行了分析。关键词 电涌保护器 安装级数引言建筑物电子信息系统防雷技术规范以GB50343形式于2004年6月实施，其中对电涌保护器（SPD、文中用浪涌保护器）的安装级数规定了：在电源线路上4级（雷电防护等级A）、3级（雷电防护等级B）、2级（雷电防护等级C和D），在传输线路上3级或2级（雷电防护等级A）、2级（雷电防护等级B）
2、、1级或2级（雷电防护等级C和D）。这种要求是否符合防雷设计应“做到安全可靠、技术先进、经济合理”1的要求？本文依据文献1和IEC相关标准分析如下。1建筑物内电气和电子系统可能不需防雷保护文献1中第一、二章中规定“建筑物防雷设计，应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护的特点等的基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置”（第1.0.3条）。按建筑物的“重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果”将建筑物分为第一、二、三类防雷建筑物，当然还有一大批不属以上三类而无需防直击雷的建筑物。在2000年局部修订条文增加的第六章中，对“一个信息系统是否需要防雷击电磁脉冲，应在
3、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”（第6.1.2条）。针对可能出现的建筑物无需防直击雷和内部电气、电子系统有防雷击电磁脉冲（LEMP）需求的矛盾，文献1规定“在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于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”（第6.1.3条）。为什幺在防LEMP时要防直击雷，第6.3.4条以图和文的说明，介绍了进入建筑物的各种设施之间雷电流的分配，其要点是分流。这一部分可参见文献2“闪电击中建筑物防雷装置时10/350s雷电流在低压系统中的分配”。在
4、IEC62305-1雷电防护第1部分总则中第六章中指出：“为评估是否需要防雷，应根据IEC62305-2所列程序进行风险评估。如果风险（R1：生命危害、R2：公共设施的损失、R3：文物损失）高于可承受风险RT，则有必要防雷”，防雷要讲经济效益，“如果采用防雷措施后仍会发生的损失CRL和采用防雷措施所用的成本CPM之和低于没有防雷措施时可能出现的总损失额CL，即CRL+CPMCL，则采用防雷措施是有益的”。虽然IEC/TC81文件中没有从另一方面阐述，我们可理解为：当RTR（R1+R2+R3）时，以及CRL+CPMCL时建筑物及其内部系统可不进行防雷设计与施工，少数特殊建筑物除外。在建筑物电子信
5、息系统防雷技术规范（以下简称50343）第4章和附录A中也提及雷击风险评估，但与文献1和IEC相关标准有很大差异。50343规定：“当NNC时，可不安装防雷装置”。其中N是建筑物年预计雷击次数，其计算方法抄自文献1中的附录一。 关于NC在50343中给出了NC=5.810-1.5/C这一公式，其出处可能是QX3-2000中附录A中NC=5.810-3/C，也可能如50343条文说明（4.2条中）的NFC17-102中的附录B。估且不说NFC17-102：1995“闪电保护 应用提前放电接闪器向建筑物与开阔地区提供闪电保护”是一在国际上很有争议的法国标准，看其内容，附录B的“闪电危险评估指南”均
6、指的是直击雷防护。如B2.2“预期的直接闪电电击频率Nd”，B2.3“建筑物的允许闪击频率（NC）”。无论是NFC17-102的题目，还是其“提要”中“此标准说明如何应用提前放电避雷导体来保护建筑物免受闪电直接电击的主要方法”均与防LEMP无关。QX3是“气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范”，做为行业标准其要求应高于国标要求，且只对本行业有效，怎幺能推而广之到我国各行各业呢？文献1中N值计算出后，配合使用第2.0.3条和第2.0.4条中内容，规定了第二类防雷建筑物有：预计N0.06次/的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物：预计N0.3次/的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。第三类防
7、雷建筑物有：预计N0.012次/且N0.06次/的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物；预计N0.06次/且小于或等于0.3次/的住宅、办公楼等一般性民用建筑物；预计N0.06次/的一般性工业建筑物。之后在第三至第五章中规定了相应的防直击雷措施。这与电气和电子系统是否需防LEMP没有直接关系。当一个第二类防雷建筑物内没有电气和电子系统，按50343要求，在NNC时，可不安装雷电防护装置；按GB50057则要求安防雷装置，且只安装接闪器、引下线和接地装置这些外部防雷装置。50343条文说明第4.2.2条称：“电子信息系统设备因雷击损坏可接受的最大年平均雷击次数NC值，至今，国内外尚
8、无一个统一的标准”。这句话说的太武断了，笔者手头便有IEC62305-2“雷电防护 第2部分：风险管理”的英文版，长达106页！其“前言”中便指出雷云对地放电“可以令设备发生故障，尤其是电气及电子系统”、“这些防护措施是否需要以及需要的程度都应通过风险评估来决定”， IEC62305-2就是风险评估的标准，在下文中会做介绍。最近，邱传睿先生著文说：“关先生在这里犯了两个错误。一是没有看IEC62305-2的适用范围。IEC62305-2在适用范围里明确说：本标准适用于由雷击导致的建筑物内或公共设施内的风险评估，也就是说，该标准本来就是讲雷击对建筑物及公共设施的影响的，没有讲雷电对建筑物内的电气
9、、电子系统的影响。大家可以仔细的阅读IEC62305-2的英文原文，不难发现关先生对该标准理解的偏差”3。难道邱先生没有注意到该标准“前言”中“尤其是电气及电子系统”这句话吗？而且在“4.风险评估方法”中多次提到“内部装置”（3.23条定义为建筑物内的电气和电子系统），“D3：电气和电子系统失效”，“雷击对公共设施的影响可能是提供服务的设施本身（线路或管道），或是与其相连的电气和电子系统”。在此，也劝邱先生可以仔细阅读IEC62305-2的英文原文，看看是谁理解上有偏差。50343的风险评估和确定雷电防护等级（A、B、C、D）与GB50057和IEC标准是矛盾的。试问一座位于少雷区，以平房（别
10、墅）为主的五星级宾馆，一定要按50343的规定列为A级，要在电源上安4级，传输线上安3级SPD吗？可能这座五星级宾馆连外部防雷装置都不一定需要。 2建筑物内电气和电子系统是否均需安装SPD？SPD是等电位连接技术和防雷装置的一种，在IEC62305-4中定义为：“用以限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件。它至少含有一非线性文件。”SPD在IEC/TC37标准及等同采用的GB18802.1和GB18802.21中被分为连接至低压配电系统的SPD和连接至电信和信号网络的SPD两大类。在50343中却多出一个“天馈浪涌保护器”这一与50343主编单位的生产厂商生产SPD系列相配套的类型，难道天馈线传输
11、的不是信号吗，为什幺要专门分出一类来？在建筑物内电气和电子系统并非都要使用SPD进行保护。建筑物电气装置 第4部分：安全防护 第44章：过电压保护 第443节：大气过电压或操作过电压保护（GB16895.12-2001/idt IEC60364-4-443）中规定：在建筑物电气装置仅防由配电系统传导来的大气瞬态过电压以及操作过电压时（注：这种雷击线路附近地面而传导来的过电压在IEC62305-2中被描述为S4型），“在电气装置全部由低压地下系统而不含架空线供电的情况下，依据表44.B所规定的设备耐冲击电压值（注：对220/380V三相系统，分别为6、4、2.5、和1.5kv）便足够了，而不需要
12、附加的大气过电压保护”（3.1.1条），“在电气装置由低压架空线供电或含有低压架空线供电的情况下，且外界环境影响为AQ1（雷暴日数25日/年时，不需要附加的大气过电压保护”（3.1.2条）。这里需说明的是，规定所指为S4型，不含建筑物可能遭受直接雷击的S1型。同时该标准中对3.1.2注明：“在要求可靠性较高或预期有较高的危险性（如火灾）的情况下，可考虑增设大气过电压保护”，这里的“大气过电压”指的是雷击过电压，上述技术措施称之为“过电压的自身抑制”（靠系统本身绝缘水平）。只有在“电气装置由架空线或含有架空线的线路供电，且当地雷电活动符合外界影响条件AQ2（雷暴日数25日/年）时，应装设大气过电
13、压保护。保护装置的保护水平不应高于表44.B列出的类过电压水平（注：2.5kv）”（3.2.1条）。此时不是依靠系统本身绝缘水平的自身抑制，而是靠SPD的保护抑制。在该标准3.2.2条中指出，保护措施可“按照IEC60364-5-534安装具有类保护水平的电涌防护器；或通过其它方法提供至少等效的电压衰减量”。在IEC62305-2中给出了如下图表（见表1）。表1：雷击类型和损害、损失类型建筑物公共设施雷击点损害来源损害类型损失类型损害类型损失类型S1D1D2D3L1，L4*L1，L2，L3，L4L1，L2，L4D2，D3D2，D3L2L4S2D3L1*，L2，L4S3D1D2D3L1L1，L2
14、，L3，L4L1*，L2，L4D2，D3D2，D3L2L4S4D3L1*，L2，L4D2，D3L2L4根据雷击点位置划分的损害来源S1：雷击建筑物；S2：雷击建筑物的邻近区域；S3：雷击公共设施（电力和通信线路上）；S4：雷击公共设施的邻近区域（电力和通信线路附近的地面）。损害类型D1：接触和跨步电压导致的人员伤亡（活体遭电击）；D2：实体损害；D3：过压导致的电气和电子系统的失效。损失类型L1：生命损失；L2：向大众服务的公共设施的损失；L3：文化遗产损失；L4：经济损失。*为医院和有爆炸风险的建筑物的情况；*为农业财产情况（牲畜损失）。与IEC60364-4-443对应的为S4型。通信行业
15、标准YD5098依据上述标准把少雷区的雷暴日数界定在不超过25天/年的地区，而后做了相应的防雷要求，是符合客观实际的。但50343却毫无依据的把少雷区减了5天，规定为20天/年以下。除上所述外，我们可以假定；为保护室外一个带云台的摄像机，可能要在电源、信号线及视频线上加装SPD，其投资会远远大于摄像头，而且安全度不会是百分之百。此时，如不是特别重要和安防系统不能停顿，完全可以不安SPD。打坏一个摄像头，再换一个新的就行了。3SPD应该安装多少级？按IEC和GB50057标准进行评估分析后，某建筑物可能需要在电气和电子系统上（不是50343标题中的“信息系统”，该词从2002年以后IEC标准中已不再使用）安装SPD。50343中按N与NC之比或信息系统的重要性和使用性质规定了需要14级SPD。而文献1在第6.4.4条原则规定“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”。并仅对LPZOA或LPZOB区与LPZ1区交界处安装级分类试验的SPD提出了具
