电气电子设备的防雷标准

电气、电子设备的防雷标准铁道科学研究院通信信号研究所一

雷电防护标准概述防雷标准的范围1、防雷标准：提出系统的防雷措施，包括直击雷防护〔建筑物、构筑物和室外电力、电信及管线设施等外部防护〕措施，雷电电磁脉冲防护〔建筑物及内部电气、电子设备防护〕措施。1、行业标准和国家标准以及国际标准的关系目前的国际标准由一些国际组织编制。比较有影响的编制防雷标准的组织有IEC、ITU、IEEE等。世界各国都按照国际标准的原那么，根据各国的具体情况制定国家标准或行业标准。由于雷害是小概率事件，到现在为止，对雷电参数的观测，数据缺乏，各国际组织在采用雷电参数时还不完全协调，但各组织正在加强协调。有一点要指出的是，在“综合防雷〞大方向上没有分歧。2、产品标准的三个层次3、制定标准的目的和意义1〕计算机信息系统雷电防护的需要由于雷害确实干扰和影响了包括计算机信息系统〔微电子设备〕的电气、电子设备的平安运行。计算机信息系统需要科学有效的防雷措施和防雷效果明显，适合各种电气、电子设备的防雷器。2〕防雷产品市场的需要

防雷产品标准的出现是市场的需要，是用户和厂家的共同需要。用户需要高品质的产品，厂家说他有高品质的产品。如何鉴别厂家的产品是用户需要的高品质产品？只有用标准去鉴别。因此，标准是妥协的产物3〕与国际接轨的需要我国参加WTO后，应当在保护我国的国家利益的根底上，尽量采用国际先进的标准，便于检验外国产品的品质和保证我国生产符合国际准那么的产品，有利于我国的产品提高水平和走出国门。4、国际的防雷标准体系〔1〕IEC61643-11低压浪涌保护器〔SPD〕第1局部：与低压配电系统连接的浪涌保护器的性能要求和试验方法〔原IEC61643-1〕

〔2〕IEC61643-12低压浪涌保护器〔SPD〕第12局部：与低压配电系统连接的浪涌保护器的选用原那么

〔3〕IEC61643-21低压浪涌保护器〔SPD〕第21局部：与通信和信号网络连接的浪涌保护器的性能要求和试验方法2〕IECSC37A

〔电气元器件〕标准系列〔4〕IEC61643-22低压浪涌保护器〔SPD〕第22局部：与通信和信号网络连接的浪涌保护器的选用原那么.此外，该系列还有19个标准，涉及SPD的试验标准、SPD的元器件〔GDT、MOV、TVS、TSS固放管等〕的选择、应用、试验。3〕IECTC64标准系列〔电气安装及绝缘配合〕〔1〕IEC60364-4-43(2001-08)：建筑物电气设备安装：第4-43局部：平安防护—对过电流的平安防护〔2〕IEC60364-4-44(2001-08)：建筑物电气设备安装：第4-44局部：平安防护—对电压干扰和电磁干扰的防护

〔3〕IEC60364-5-53(2002-06)：建筑物电气设备安装：第5-53局部：电气设备选择及安装—隔离、开关、控制〔4〕IEC60364-5-54(2002-06)：建筑物电气设备安装：第5-54局部：电气设备选择及安装—接地安排、防护导体和防护搭接导体〔5〕IEC60664-1(2002-06)Ed.1.2合并版：低压系统的设备绝缘配合4〕IECTC77〔电磁兼容〕

标准系列4-2、ITU〔国际电信联盟〕第5研究组〔RG5—干扰防护〕K系列标准ITU-T.K目前共有67个标准，与我们关系较密切的有：

1〕ITU-TK.12〔1993〕?CHARACTERISTICSOFGASDISCHARGETUBESFORTHEPROTECTIONOFTELECOMMUNICATIONSINSTALLATIONS〔通信设备防护用放电管〕?2〕ITU-TK.20建议(2003)：?Resistibilityoftelecommunicationswitchingequipmenttoovervoltagesandovercurrents〔局站通信设备抗过压和过电流的能力〕?3〕ITU-TK.21建议(2003-):?Resistibilityofsubscriber’sterminaltoovervoltagesandovercurrents〔用户终端设备抗过压和过电流的能力〕?4〕ITU-TK.27建议〔1996〕?BONDINGCONFIGURATIONSANDEARTHINGINSIDEATELECOMMUNICATIONBUILDING〔电信大楼内的连接结构和接地〕?5〕ITU-TK.39建议〔1996〕?riskassessmentofdamagestotelecommunicationsitesduetolightningdischarges〔电信局站雷击风险评估〕?6〕ITU-TK.40建议〔1996〕?ProtectionagainstLEMPintelecommunicationscentres〔通信中心雷电电磁脉冲防护〕?IEEE关于防雷的标准很多，现在仅介绍SPDC3.6最近的几个标准1〕IEEEC62.45-2002,IEEERecommendedPracticeonSurgeTestingforEquipmentConnectedtoLow-Voltage(1000VandLess)ACPowerCircuits.[与低压〔1000V及以下〕交流电力线路连接的设备浪涌实验实用建议]2〕,IEEEGuideontheSurgeEnvironmentinLow-Voltage(1000Vandless)ACPowerCircuits.[低压〔1000V及以下〕交流电力设备浪涌环境指南]3〕,IEEERecommendedPracticeonCharacterizationofSurgesinLow-Voltage(1000Vandless)ACPowerCircuits.[低压〔1000V及以下〕交流电力线路浪涌特性实用建议]4〕IEEEC62.48IEEEGuideonInteractionsBetweenPowerSystemDisturbancesandSurgeProtectiveDevices.〔电力配电系统和浪涌防护设备间配置指南〕〔已投票通过〕5、我国的防雷标准2007年一月通过的防雷国家标准IEC62305系列共有5个标准：〔1〕IEC62305-1雷电防护第1局部：总那么〔2〕IEC62305-2雷电防护第2局部：风险管理〔3〕IEC62305-3雷电防护第3局部：建筑物实体损害和生命危险〕〔4〕IEC62305-4雷电防护第4局部：建筑物内的电气和电子系统〔5〕IEC62305-5雷电防护第5局部：公共设施前4个标准已于2007年1月审查通过转为国家标准。其中第4个，由铁道科学院完成5-2、行业标准1〕建设标准信息产业电力行业播送电视铁道行业铁路系统第一个电气电子专业防雷设计标准：铁路电气设备防雷、电磁兼容及接地工程设计标准由铁道第二勘察设计院编制完成，二、IEC防雷标准介绍我国是IECTC81的P成员，有表决权。(Participatingmember).铁道科学研究院通信信号研究所派员参加TC81的第三工作组〔WG3〕工作，负责参与起草IEC62305-4雷电防护第4局部：建筑物内的电气和电子系统该标准与年内将公布，我国已立项将标准转化为国家标准〔铁道科学研究院通信信号研究所为组长单位〕IECTC81雷电防护IEC61024-1/2.0版（1990版的修订版）IEC61024-建筑物防雷IEC61024-1建筑物防雷总则（03/1990）IEC61024-1-1-1建筑物防雷导则A防雷系统保护等级的选择03/1993IEC61024-1-1-1建筑物防雷导则B防雷系统的设计、安装、维护和检查（05/1998）IEC61312系列标准LEMP的防护IEC61312-1LEMP的防护总则（02/1995）IEC61312-2LEMP的防护建筑物的屏蔽、内部连接和接地（08/1999）IEC61312-3LEMP的防护对浪涌保护器的要求（07/2000）IEC61312-4LEMP的防护既有建筑物内的设备保护（09/1998）IEC61312-5LEMP的防护应用指南（未评审即有新计划）IEC61663系列标准通信线路防雷IEC61663-1通信线路防雷光纤设备IEC61663-2通信线路防雷金属导线IEC61662（05/1996）雷击损失的风险评估原标准系统表2002年后启动的IEC62305系列标准，我国参加了三个标准的制定〔红字〕。铁道科学院通信信号研究所参加62305-4编制IEC62305-1雷电防护IEC62305-2雷电防护第2部分：风险管理

IEC62305-1雷电防护第1部分：总则IEC62305-3雷电防护第3部分：建筑物实体损害和生命危险）

IEC62305-5雷电防护第5部分：公共设施

IEC62305-4雷电防护第4部分：建筑物内的电气和电子系统1、IEC62305系列标准简介之IEC62305-1IEC62305系列标准的适用范围〔IEC62305-1P.5、6原文〕雷电是自然的天气现象，且尚不能用装置和其他方法能阻止雷击放电。雷电闪击到建筑物或公共设施上，进入建筑物或袭击到地面，使人身和建筑物以及建筑物内部的装备和公共设施受到损害，因此必须考虑到雷电防护1〕本标准对以下雷电防护提供了一般原那么：—建筑物包括建筑物内的设备和人员等所有内容；—与建筑物相连的的公共设施；本标准不包括以下情况：—铁路系统；〔铁路系统设备是专用设施〕—车辆、船只、飞行器、海岸设施；—地下高压管线；—与建筑物无关的管道、电力线、通信线。注：通常这些系统由专门的权威机构制定专用条例。但，铁路可以接受综合防雷的思想和防护方法，结合各种铁路信号设备的特点，编制自己的标准。2〕雷害源的论述雷电可以使建筑物本身和建筑物内的居住人员及物品遭到损失，也包括内部系统失效。这种损坏和失效可能扩展到建筑物周围，甚至影响局部环境。扩展的范围取决于建筑物的特征以及雷闪的特性。雷电流是建筑物损害损的原因，根据雷击点相对与建筑物的位置，应考虑以下情况：—S1：雷击建筑物；〔source〕—S2：雷击建筑物邻近区域；—S3：雷击与建筑物连接的公共设施；—S4：雷击与建筑物连接的公共设施邻近区域。雷击建筑物邻近区域能引起：(S1)—由于雷电磁冲击〔LEMP〕使内部系统失效或工作失常3〕雷害源的效应雷击入户公共设施的邻近区域能导致：(S4)—与建筑物连接的线路上和传输到建筑物的感应过电压使内部系统失效或工作失常。4〕雷击损害的类型5〕建筑物中可能出现的损失的类型：—

L1：人员伤亡；—L2：公共设施损毁；—L3：文化遗产损失；—L4：经济损失〔建筑物及建筑物内的设备〕。可以不考虑雷电流侵入或耦合到公共设施中的人员伤亡6〕雷电防护的经济效益为减少L4经济损失，还应当评估所提供防雷措施的经济利益〔假设防雷措施投入大于雷击风险损失，不能认为是适宜的措施〕。这时，应当评定经济损失的风险R4。评定风险R4后，再评估经济损失的本钱以及是否采取防护措施。假设采取防护措施后的剩余损失CRL及防护措施的本钱CPM之和小于没有防护措施前的总损失值CL，那么雷电防护是值得的：CRL+CPM<CL7〕防护措施为了减少风险，可以根据损害的类型采取防护措施。7.1〕减少接触和跨步电压对生命伤害的防护措施可能的防护措施如下：—对外露导电部件充分的绝缘；—采用网状接地系统实现等电位化；—物理隔离和警告提示。7.2〕减少实体损害的措施7.3〕减少电气电子系统失效的防护措施a)对建筑物—LEMP防护措施系统〔LEMPS〕包括以下单独或共同采取的措施：l

接地和搭接措施l

磁屏蔽l

合理布线l

能量配合的浪涌保护器〔能量配合的SPD〕b〕对公共设施—沿着线路的不同位置和线路终端安装浪涌保护器〔SPD〕—电缆磁屏蔽注1：埋地电缆最有效的防护是适当厚度的连续金属屏蔽。注2：线路冗余、设备冗余、自备发电机、不间断电源、液体储存系统、事故自动检测系统都是减少业务损失和公共设施损失的有效措施。注3：增加设备和电缆绝缘耐受电压是防止过电压失效的有效防护措施。综合防雷系统建筑物防护〔减少建筑物本身损害和建筑物内人员伤害的防护措施〕SPD0A/151432LPZ0ALPZ1S22S33S44RsSPD0A/15LPZ0BLPZ0ALPZ0BsR被保护建筑物应处于LPZ0B或更高的防护区内。该目标可以由防雷系统〔LPS〕来到达〔LPS包括外部防雷系统和内部防雷系统两局部〕。

—拦截对建筑物的雷闪〔用接闪系统〕。—将雷电流平安引导入地〔用引下导体系统〕。—使雷电在大地消散〔用接地终端系统〕。外部防雷系统〔LPS〕的功能内部防雷系统〔LPS〕的功能8〕进入建筑物各点的雷浪涌8.1〕雷击建筑物时的浪涌〔损害源S1〕雷击建筑物直击雷防护装置〔LPS〕接闪器时，雷电流通过引下线流入接地终端系统〔地网〕。雷电流传导至大地时，将在接地终端系统、外部导电部件及直接或通过SPD与它们连接的线路间分流。分流的比例与接地终端系统电阻有关，与线路电阻有关、与变电站接地电阻有关。这个分流比例到底多大？德国人与美国人有很大的分歧，德国人认为线路分流可达50%，美国人认为建筑物接地终端系统接地电阻已比变电站接地电阻与电源线直流电阻和雷击电流冲击阻抗之和小，因此，线路分流极小，在IEEE标准中，与传导雷电流比较，已忽略〔我国老以带学者几乎都同意美国人的观点〕。8.2〕雷击与建筑物连接线路引起的浪涌

〔损害源S3〕雷电直击与建筑物连接的电源线或通信线时，雷电流沿电源线或通信线以行波方式向两个方向传播，因此必须考虑线路绝缘击穿问题。这个雷电流到底有多大，IEC62305-1的附录E给出了“雷电引起的在与建筑物连接的线路上的浪涌过电流的期望值〞。这个值是极端值，为什么在这里要向大家展示和强调浪涌过电流的期望极值呢？因为选用通流容量SPD是过大的SPD是有害无益的。防护等级LPL低

压

系

统通

信

线

路

对公共设施的直接雷击和间接雷

建筑物附近雷击

对公共设施的直击雷击和间接雷击建筑物附近雷击

损害源

S3(雷电直击)波形：10/350μs[kA]损害源S4(间接雷击)波形：8/20μs[kA]损害源S1或

S2(S1的感应电流)波形：8/20μs[kA]

损害源

S3(雷电直击)波形：10/350μs[kA]S4(间接雷击)

用5/300μs

测试(用8/20μs

评估)[kA]

损害源S2(感应电流)

波形：8/20μ[kA]III—IV

52,50,110,01(0,05)0,05I—II

1050,220,02(0,1)0,1IEC62305-1附录E表E.2雷电引起的在与建筑物连接的公共设施上的浪涌过电流的期望值〔在P.37〕2、IEC62305系列标准简介之IEC62305-4IEC62305-4雷电防护筑物内电气和电子系统1〕介绍了综合防雷的具体做法，最能供我们借鉴。在前言中，提到“雷电是一个高能现象。闪电释放数百兆焦耳的能量，与建筑物内耐受能力为毫焦耳数量级的电气和电子系统中的敏感电子设备相比，有必要另加防护措施去保护某些这样的设备。本国际标准是由于电气和电子系统受电磁影响失效而增加了故障本钱而产生的。特别重要的是那些用于数据处理、存储和程序控制的电子系统以及高本钱、大规模和复杂的工厂的平安〔从本钱和平安的原因，这些工厂不允许生产中断〕〞。铁路属于这种。雷电电磁脉冲〔LEMP〕可以引起电气和电子系统的永久性失效：a)

通过连接导线将传导浪涌和感应浪涌传输给设备；b)

辐射电磁场效应直接作用于设备上。建筑物外部或内部都可产生浪涌〔传导和辐射〕2〕IEC62305-4的第4章内容介绍LEMP防护措施系统的设计和安装〔LPMS〕雷电电磁脉冲〔LEMP〕对电气和电子系统是危险的，因此应采取LEMP防护措施防止内部系统失效。对LEMP的防护是基于雷击保护区〔LPZ〕概念：包含被保护系统的空间可划分成LPZ。这些区域是理论上指定的空间，该空间的LEMP严重程度和该空间内的内部系统的耐受水平所兼容〔见图1〕。后续的区域，其LEMP全列强烈程度也随之显著的变化。LPZ的边界由采用的防护措施来定义〔见图2〕。电力线天线金属支柱或栅栏水管通信线设备LPZ2LPZ1LPZ0LPZ2的界面LPZ1的界面连接点进入建筑物的设施直接或通过合适的SPD搭接本图是一个建筑物在划内部分LPZ的示例。所有进入建筑物的金属公共设施用搭接母线在LPZ1边界做搭接。同时，进入LPZ2（例如计算机机房）的金属公共设施应用搭接母线在LPZ2边界做搭接。IEC62305-4的图1划分不同LPZ的总原那么〔一定注意：这些区域是理论上指定的空间，该空间的LEMP严重程度和该空间内的内部系统的耐受水平所兼容〕雷电防护区〔LPZ〕根据雷电威胁定义了如下的雷电防护区LPZ〔与IEC62305-1一致〕：外层区LPZ0区是这样的一个区域，该空间受到未衰减的雷电电磁场危害，同时，电路受到全部或局部雷电电流产生的浪涌的危害。LPZ0又分为：LPZ0A：直接雷击及全部雷电电磁场危害的空间。电路受到全部雷电电流产生的浪涌的危害。LPZ0B：对直接雷击进行了防护但可遭全部雷电电磁场危害的空间。电路受到浪涌以至局部雷电电流产生的浪涌的危害。内层区〔直接雷击防护区〕LPZ1：电路中的浪涌通过边界上分流和边界上的SPD得到限制。雷电电磁场能被空间屏蔽衰减。LPZ2……n：电路中的浪涌进一步被边界上分流和边界上的SPD得到限制，雷电电磁场进一步被空间屏蔽衰减。LPS+屏蔽LPZ1I0,H0

部分雷电流设备(被保护设备)机箱U1,I1LPZ0LPZ2LPZ1SPD1/2(SB)SPD0/1(MB)U2,I2U0,I0H2

H1

H0

屏蔽LPZ2图2a–采用空间屏蔽和协调配合的SPD防护的LPMS:对传导浪涌(U2<<U0andI2<<I0)和辐射磁场(H2<<H0)，设备得到良好的防护

IEC62305-4的图2LEMP防护措施系统(LPMS)设计LPS+屏蔽LPZ1I0,H0

部分雷电流设备(被保护设备)机箱U1,I1LPZ0LPZ1SPD0/1(MB)U0,I0H1

H0

图2b–采用LPZ1空间屏蔽和LPZ1入口安装SPD的LPMS，对传导浪涌(U1<U0andI1<I0)和辐射磁场(H1<H0)，设备得到防护局部雷电流I0,H0

LPS(无屏蔽)设备(被保护设备)LPZ0LPZ1SPD0/1/2(MB)屏蔽的机柜或机架等U2,I2U0,I0H0

H0

LPZ2H2

H2

图2c–采用内部线路屏蔽和在LPZ1入口安装SPD的LPMS:对传导浪涌(U2<U0andI2<I0)和辐射磁场(H2<H0)设备得到防护

图2d–仅采用协调配合的SPD防护的LPMS:对传导浪涌(U2<<U0andI2<<I0)设备得到防护但对辐射磁场(H0)却无防护作用注1–SPD可以在下列位置安装(参阅D.1.2):LPZ1的界面（例如主配电盘MB）LPZ2的界面（例如次配电盘SB）靠近设备（例如电源插孔SA）注2–详细的安装规则参阅IEC60364-5-53。注3–屏蔽()和非屏蔽()的界面设备(被保护设备)机箱U1,I1LPZ1SPD(SA)SPD1/2(SB)U2,I2H0

I0,H0

部分雷电流LPS(无屏蔽)LPZ0SPD0/1(MB)U0,I0H0

3〕综合防护的实践3-1〕接地和连接〔Bonding〕适宜的接地和连接是一个完整的接地系统〔图5〕组合：a.接地终端系统〔使雷击电流泄放入土壤〕，b.连接网络〔最大地减小电位差和减小磁场〕。接地终端系统连接网络

图中所画的连接既有建筑物结构的金属件之间的已有连接，又有正在进行的连接。其中有些连接金属可能将雷电流拦截、传导和泄放入地。

IEC62305-4的图5搭接网络与接地终端系统互连构成三维接地系统的例如3.1.1)接地终端系统建筑物的接地终端系统可以采用A类接地布置，有敏感性电子系统的建筑物内，建议采用B类接地布置[IEC62305-3定义的A类接地布置：此种排列由水平或垂直接地体组成，接地体的数目不应小于2。B类接地布置：此种排列由建筑物外部的环形导体〔至少其总长度的80％〕与土壤或与根底接地体接触而成。此类接地体可为网格状]。建筑物四周围或建筑物地基周围混凝土中的环状接地电极，应与建筑物下和建筑物四周的网状格栅结合，网状格栅的典型宽度为5m。这将大大的改善接地系统的性能。在建筑物地下室地板中的钢筋混凝土，构成了良好的相互连接的网格，也应和接地终端装置连接，典型的每隔5m连接一次。采用有足够截面积的屏蔽电缆，两端都和接地系统连接，可以将电位差减小到可以忽略的程度。3.1.2)搭接网络为了防止内部LPZ内所有设备出现电位差的危险，低阻抗等电位连接网络是必要的。同时这一网络可减小磁场强度。将建筑物或者内部系统中的每一导电部件集成为网状连接网，以及在每一LPZ的边界将所有金属或导电的设施直接或通过适宜的SPD连接，可以实现低阻抗的连接网。可以用网孔宽度典型值为5m构成一个三维网状搭接网〔图5〕。要求建筑物上和建筑物内的金属部件多重相互连接〔如混凝土钢筋、电梯导轨、吊架、金属屋顶、金属墙面、金属门框和窗户框架、金属地板框架、金属管道和电缆槽〕。同样还要做一个连接母线〔例如环型母线、在不同楼层面的连接接母线等〕以及LPZ的磁屏蔽连接到一起。图7和图8是连接网的实例

IEC62305-4的图71接闪器导体2屋顶护墙的金属层3钢筋4迭加在钢筋上的网格形导体5网状导体的接头6为内部搭接母线准备的接头7焊接或卡接8任意连接9混凝土中的钢筋〔有迭加的网格形导体〕10环形接地电极〔有可能有，也有可能无〕11根底接地体

a迭加的网状格形导体典型的宽度为5mb钢筋网格的典型宽度为1m1电力设备2钢梁3建筑物正面的金属板4搭接接头5电气或电子设备6搭接母线7混凝土中的钢筋〔有迭加的网格形导体〕8根底接地体9各种公共设施的公共入口

IEC62305-4的图8钢筋结构建筑物的等电位连接辩异：a.环形〔状〕导体〔ringconductor〕:围绕建筑物外形成的一个导体回路，它与建筑物雷电引下导体相互连接并使雷电流在各引下导体间分布比较均匀。〔环形的目的是使建筑物任意一个部位遭到雷击后，都可能以最短的路径泄放到大地〕b.环形连接导体〔boningringconductor〕：围绕高层建筑物楼层室内形成的一个导体回路，目的是连接同层的金属构件，使其到达同层局部等电位。〔实际是多层建筑同一楼层的共用连接网，代替大地〕c.接地汇流排〔mainearthingconductor〕:在建筑物、控制室、配电总接地端子板内设置的公共接地母线。可以敷成环形或条形，所有接地线均由接地汇流排引出。〔特定行业标准的定义：接地聚集线：电子设备机房内用以完成等电位连接的金属带，也称公共接地母线。可以敷成环形或条形，所有接地线均由接地聚集线引出〕〔须说明的是环形接地汇流排是不封闭的，环形的目的是室内分散布置的电子设备可以就近接地，使连接导线的电阻最小。〕 ITU-TK31用户大楼内电信设备的连接结构和接地图1T0506130-93/d02Optionalo

local

accessCBN

or

toreen

terminalTETEchangeProtectora)ToearthingnetworkCBNPENTTECommon

bonding

network

(see

Recommendation

K.27)Protective

earth

conductorNetwork

terminationTerminal

equipmentFIGURE

2/K.31Example

bonding

configuration

and

earthingfor

an

ISDN

installationNOTE

–

If

NT

and

TE

have

non-conducting

cases,

then

the

PE

is

not

connected

to

the

case.a)If

required

(see

Recommendation

K.11)cable

screenNTTof

scof

TEPEMain

earthingterminalTelecom

conductorsto

exPE机柜、机箱、机架以及电气和电子系统的保护地线PE应当根据右图结构与连接网连接。星型结构网格型结构基本的等电位连接网格单点连接法多点连接法与共用接地系统CBN连接方法A、内部星状隔离连接法B、内部网状隔离连接法C、内外网状多点连接法无法实现A、内部星状隔离连接法〔STAR-IBN〕：如图1A所示，内部星状连接，但与共用接地系统CBN〔如建筑钢结构〕只有一个点连接。B、内部网状隔离连接法〔MESH-IBN〕：如图1B所示，内部网格状连接，但与共用接地系统CBN〔如建筑钢结构〕只有一个点连接。C、内外网状多点连接法〔MESH-BN〕：如图1C所示，内部网格状连接，外部也是与共用接地系统CBN网格状连接〔与建筑钢结构多点连接〕。内部星状隔离连接网〔STAR-IBN〕连接结构与接地方式的原理分析内部星状隔离连接网〔STAR-IBN〕，在宏观方面来说，是局站内通信系统之间的连接采用星状方式，这是我国电子系统目前最普遍采用的一种设备接地方法，即各电子信息系统或专业机房作为一个整体，都单点〔即引一条主干地线〕连接到总接地排上去，而系统之间不再建立其它的地线连接通道，如以下图所示。这里实际上隐含了另外一个关键要求：设备机壳对建筑物钢筋的绝缘，因为一旦设备机壳对建筑钢筋不绝缘，不同系统之间的设备就是又其它接地连接通道了，影响这种连接和接地方法的使用效果。动力系统/机房交换系统/机房数据通信系统/机房传输系统/机房配线系统/机房图3采用内部星状隔离连接模式接地的通信局站原理图从微观方面来说，内部星状隔离连接网也可以是一个通信系统内各个机架都引地线到机柜〔架〕的总接地排或接地带上，而机柜外壳对建筑金属必须保证隔离、绝缘，因此机架之间不再建立其它的接地连接通道了，见图4所示。…..………逻辑地机壳地单点接地排SPCB直流电源配电柜机柜1逻辑地参考平面机柜2机柜3正极地正极线正极线正极线至总地排CBN图4采用内部隔离连接网STAR-IBN方式的通信系统至直流正极从图4中可以看出，每个机柜的机壳地、逻辑地〔有的机型可能不单独分出逻辑地〕、正极地都是从不同机架独立引出的，并且按接地用途类型分别汇总后，再进一步汇总，最后汇总到一个接地点上下地，这就是星状接地方法的典型模式。其根本特征是系统内连接成星型状，但系统与周边共用接地系统〔CBN〕呈隔离状态。但是为了保证每个设备的地都是单独连接到接地汇流排，就必须做好设备的绝缘措施，否那么机壳金属与建筑钢结构或设备走线架、固定架金属有电气接触，相当于有多条地线与接地汇流排连接，也可能导致设备机柜之间的电气连接。内部星状隔离连接网接地方式的主要特点是：1〕

通信系统内各个机柜之间的接地相对独立，相互之间的干扰很小，系统工作状态比较稳定。比方日本NEAX61交换机就是采用这样的内部星状〔严格来说是星树状〕结构进行工作地、保护地、逻辑地的接地处理。从理论上讲，这样的系统可以获得从直流到数十千赫的屏蔽效果。2〕

通信系统只能通过一个指定位置〔SPCB〕与地网或公用接地系统CBN单点连接，其它任何地方IBN的通信系统与CBN要隔离。3〕

地线上地位比较稳定，直击雷在建筑钢筋上的雷电脉冲不会直接涌入通信系统内。4〕

直流正负极的电流对称一致，不会出现直流电流迂回其它回路流回去的问题。理论上讲，从CBN或其它通信系统流进本系统的漏电流可以忽略不计。4〕缺点是：一旦有强雷电脉冲进入通信系统内部地线上，会产生很高的地位升高。内部网状隔离连接网〔MESH-IBN〕连接结构与接地方式的原理分析内部网状隔离连接网是另外一种隔离连接网络，它是大型电子信息系统普遍采用的接地连接方式。它在系统内将所有机架用多条金属拉杆〔固定杆〕连接起来，而整个电子信息系统金属外壳与建筑钢筋及其它金属构架要隔离绝缘，只通过系统的工作地线或保护地线才与公共地线系统〔CBN〕有单点连接。…..直流电源配电柜机柜………多点互连的地电位参考平台图5采用内部网状隔离连接网MENSH-IBN方法的通信系统至总地排CBN至直流正极单点连接点SPC内部网状隔离连接网接地方式的主要特点1〕通信系统内诸多机柜〔架〕金属壳体通过纵横交错的金属条紧密连接成一个整体，连接一个等电位平台。这样做的优点是可以有效平缓外界入侵的电位冲击脉冲，保证各个机柜的电位差趋于最小。2〕在电子系统的各个机柜上，直流正极与外壳完全相通，也就是说在系统内部，直流工作地与机壳保护地已经完全融为一体。3〕在电子系统与地网或公用接地系统(CBN)的连接只有通过单点连接点〔SPC〕来实现。4〕要求电子系统所有机柜必须保证与建筑钢筋或其它任何金属构件〔CBN的一局部〕完全隔离。1〕

缺点是：长时间来看，保持与CBN的绝缘有一定困难，需要有强有力的建设安装、维护检查措施。〔铁路信号系统符合内部网状隔离连接网接地方式的条件〕3.1.3)连接母线连接部件的材料和尺寸等电位连接部件

材

料

截面积mm2

等电位连接带（铜或镀锌钢）铜，铁50连接导体，从等电位连接带到接地系统或等电位连接带之间的距离铜铝铁142250连接导体，从装备的内部金属到等电位连接带的连接铜铝铁5816连接导体，对SPD注：用其它材料代替铜时，应具有等效截面Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级铜5313.2)磁屏蔽和线缆布放内部线路的屏蔽屏蔽只限于被保护系统的线路和设备：为此，可采用采用金属屏蔽电缆、金属密封电缆管和将设备置于金属壳内。内部线路的布放合理布放内部线路可以将感应回路减到最小并降低内部浪涌的数值。将电缆布放在接近建筑物天然接地部件，以及将电源线和信号线邻近布放，电气和信号电缆相邻布线可以将回路面积减到最小〔为了防止干扰，在没有屏蔽的电源线和信号线之间有必要一段距离〕。外部线路的屏蔽进入建筑物的外部线路的屏蔽包括：电缆屏蔽、密封金属电缆管或混凝土电缆管与钢筋相互连接的等。外部线路的屏蔽是有益的，但往往不在LPM的规划者的职权范围内〔外部线路的产权多数归属于网络供给者〕。3.3)协调配合的浪涌防护护内部系统防止浪涌，需要在电力及信号系统有一个协调配合的SPD防护设备。电子和信号系统SPD协调配合的根本方法相同。但是，由于电子设备性能的较大差异〔模拟或数字、直流或交流、低频到高频〕，SPD系统选择和安装的规那么不同于电气系统。选择和安装协调配合的SPD防护应当和以下标准一致：l

电源系统防护应符合应符合IEC61643-12和60364-5-53；l

通信和信号系统防护应符合IEC61643-22。3.3.1)SPD的选择选择时考虑防护水平被保护设备额定冲击耐受电压为UW，SPD的防护水平Up必须小于UW：对于开关电源和UPS，这个数值只有几百伏。规定。在以下情况，内部系统需要防护：a)

内部系统冲击耐受电压UW大于或等于SPD的防护水平Up；b)

需要与上位SPD能量配合时。

SPD的防护水平Up是定义的标称电流时的残压。当流过SPD的电流大或小时，Up数值都会相应的变化。当SPD与被保护设备连接时，连接导线的感应电压降ΔU应和SPD的防护水平Up相加。最终的防护水平变成：UP＋ΔU适用于限压型SPD最大值〔UP，ΔU〕适用于开关型SPD当SPD携带局部雷电流时，假定每m线路的压降ΔU＝1kV，或者考虑20％的裕量。假设SPD仅携带感应电流，那么ΔU可以忽略。SPD的防护水平Up和设备的耐受电压UW应在相同的测试条件下〔过电压和过电流波形、能量及供能设备等〕比较。选择时考虑安装位置和放电电流IEC62305-1附录E规定，SPD应能在安装点上承受预期的放电电流。SPD的选用，取决于它们的耐受能力。电源用SPD由IEC61643-1分类，通信系统的SPD由IEC61643-21分类。电源分类：I类测试的SPD〔用标称放电电流In、1.2/50µS冲击电压和最大冲击电流Iimp进行的试验〕II类测试的SPD〔用标称放电电流In、1.2/50µS冲击电压和最大冲击电流Imax进行的试验〕III类测试的SPD(用组和波1.2/50µS、8/20µS进行的试验)SPD的安装点a)在建筑物的外线入口〔在LPZ1边界，即在电力线路主配电盘MB上〕：l

在LPZ0A/LPZ1边界用Iimp测试的SPD(典型波形10/350，即I类测试的SPD)；要求SPD的冲击电流Iimp应当包含安装点根据IEC62305-1附录E.1和/或E款选择LPL后预期的〔局部〕雷电流〔典型的10/350浪涌〕。l

在LPZ0B/LPZ1边界用In测试的SPD(典型波形8/20，即II类测试的SPD)；外线完全在LPZ0B或损害源S1和S3造成的失效风险可以忽略时采用这种类型的SPD。根据IEC62305-1附录E.1和/或E.2款，要求SPD的标称放电电流In应当包含安装点预期的浪涌〔典型的8/20电流波形〕。b)靠近被保护设备〔在LPZ2或更高的边界，即在分配电盘SB上，或在插座SA〕。l

用In测试的SPD(典型波形8/20，即II类测试的SPD)；要求SPD的标称放电电流In应当包含根据IEC62305-1附录E.3选择LPL〔雷电防护水平〕确定的安装点预期的浪涌〔典型的8/20电流波形〕。l

用组合波测试的SPD(典型电流波形8/20，即III类测试的SPD)：选择组合波发生器所要求的开路电压Uoc时应当保证其相应的短路电流包含根据IEC62305-1附录E.3选择LPL〔雷电防护水平〕确定的安装点预期的浪涌。美国、英国、澳大利亚防雷标准中的电源SPD的安装位置美国、英国、澳大利亚防雷标准中的电源SPD的安装位置如以下图，与IEC62305-4比较一致，但对SPD的要求有所不同。图38防护装置的安装场合电力系统—C类场合系统暴露等级峰值电压峰值电流高中低

20kV10kV6kV

10kA5kA3kA

电力系统—B类场合系统暴露等级峰值电压峰值电流高中低

6kV4kV2kV3kA2kA1kA电力系统—A类场合系统暴露等级峰值电压峰值电流高中低

6kV4kV2kV500A333A167A源自原著UL1449，从BS6651:1999复制

美国标准IEEE62.41-2002在C类场合用20kA、10kA、5kA。安装位置

波形中等暴露程度的电压或电流峰值负载类型类别描述A0.5μs，100Hz的衰减振荡波6kV200A高阻抗低阻抗B1.2/50μs、8/20μs0.5μs，100H的衰减振荡波6kV3kA6kV500A高阻抗低阻抗高阻抗低阻抗C1.2/50μs、8/20μs8/20μs6kV20kA70kA高阻抗低阻抗高暴露环境和高危险处所，例如山顶的通信站AS1768-19991的规定协调配合的SPD防护安装由于振荡的防护距离lpo由于感应现象的防护护距离lpi建筑物或附近建筑物地面遭受雷击时会在SPD与被保护设备构成的回路内感应出过压，它加于UP上降低了SPD的防护效果。感应过电压随回路〔线路路径：线路长度、保护地PE与相线的距离、电力线与通信线间的回路面积〕尺寸增加而增加，随磁场强度衰减而减少〔空间屏蔽和/或线路屏蔽〕。防护护距离lpi是SPD与被保护设备间最大线路长度，在此距离内，SPD对被保护设备的防护才是有效的〔考虑感应现象〕。总的原那么是在雷电产的生磁场极强时，减小SPD与设备间的回路。或那么用以下方法减小磁场强度：l

建筑物〔LPZ1〕或房间〔LPZ2或更高区域〕空间屏蔽；l

线路屏蔽〔使用屏蔽电缆或电缆管道〕。假设提供了足够的屏蔽，可以不考虑防护距离lpi。以上介绍了IEC62305-4标准对电气、电子设备的防护的概念。美国标准IEEE系列也在全世界的到广泛的应用。美国标准与IEC62305系列标准以前的标准〔即IEC61643系列〕有不小的差异，这以现象得到世界防雷界的关注。2004年IEC第68届大会上，确定IEC62305-4由美国人为WG3的召集人，IEC防雷标准的欧洲化趋势会得到抑制3.4)与电源用SPD有关的IEC标准IEC61643-12低压SPD第12局部：与低压配电系统连接的SPD，选择与应用原那么。在IEC61643-12〔2002-02〕第6章“低压配电系统SPD的应用〞6.1.5“与试验类别有关的SPD安装位置选择〞说：“根据建筑物入口点进入的雷电强度，可以选择Ⅰ类测试、Ⅱ类测试、Ⅲ类测试的SPD。考虑浪涌强度是正确选择SPD的关键。Ⅱ类测试、Ⅲ类测试的SPD适合于靠近被保护设备安装。〞从以上引文中，可以看出，根据雷电强度，建筑物入口处的SPD“可以选择Ⅰ类测试、Ⅱ类测试、Ⅲ类测试的SPD〞，说明Ⅰ类测试的SPD不是该处唯一的选择。这与IEC62305-4对安装点MB主配电板的情形一致，即“从可能遭受直击雷的LPZ0A区进入LPZ1区的输入线路，可以流过局部雷电流。因此，LPZ0A与LPZ1的接口处应当安装用Ⅰ类测试的SPD 〞。“从不可能遭受直击雷的LPZ0B区进入LPZ1区的输入线路，由于全部电磁场的影响存在，只携带局部感应浪涌。在LPZ0B与LPZ1的接口处应当安装用根据IEC61643-1用8/20波形进行Ⅱ类测试的SPD，或者用适当的组合波进行Ⅲ类测试的SPD〞。可以说，从架空线进入建筑物时，在MB处选择安装用Ⅰ类测试的SPD，假设地下电缆进入建筑物时，在MB处选择安装用Ⅱ类测试的SPD，甚至Ⅲ类测试的SPD。为了让读者理解这一规定，该标准的资料性附录G“应用实例〞特意给出了3个例如。一例为民用建筑的电源防护。一例为工业建筑的电源防护，一例为高山无线基站的电源防护。由于原文较长，本文局部引用原文，读者可在IEC61643-12〔2002-02〕的175-183页查到原文。 该附录G的民用建筑例如G.1。MV输电条件：10km架空高压线；LV输电条件：高压变为低压〔230V/400V〕后，低压架空线输电1km，然后用200m地下电缆进入建筑物。该地区Ng=2次/km2/年。建筑物处于平原地区，并且有建筑物防护措施。电力线入口处安装有过流保护器，MB(主配电板)在底层〔groundfloor〕，一楼〔firstfloor〕有分配电板SB。建筑物地线电阻为50Ω，供电系统接地方式为TT，室内有洗衣机、计算机、报警器、录像机和TV等。经风险分析后认为，该建筑物处于高雷闪频度地区，变压器两侧有架空高压线和低压架空线，建筑物内有易损电子设备，因此应当安装SPD。图13（原文图G.1）最后，该例安装的SPD如图13〔原文图G.1〕，MB上的SPD：每线标称放电电流In≥5kA，8/20波形〔Ⅱ类测试〕。Up≤1.5kV。其它SPD：每线标称放电电流In≥2kA，8/20波形〔Ⅱ类测试〕。Up≤0.8kV。〔原文图G.3〕

该附录G的工业建筑例如G.2。在原文中只给出了SPD的〔原文图G.3〕安装示意图，未给出SPD的选择方法〔原文说，选择方法正在考虑中〕。

该附录G的高山无线基站例如G.3。塔上有直接雷防护系统LPS；MV输电条件：10km架空高压线；LV输电条件：低压架空线输电500m进入建筑物。该地区Ng=6次/km2/年，处于山顶。中性线在山下接地；设备就地接保护地PE；被保护建筑物接地电阻10Ω；变压器接地电阻10Ω；供电系统接地方式为TT。经风险分析后认为，“在相线与本地的地线间、在相线与中性线间、在中性线与本地的地线间应当安装Ⅰ类测试的SPD。由于雷电直击时有很大一局部雷电流击中天线塔，因此该SPD的耐流能力应大于Ⅰ类测试的20kA。线路设备侧的SPD的防护水平应当为1.5kV，而线路变压器侧的防护水平应当相同或高一些〔最多4kV〕。原文图G.4SPD的协调安装图。关于各种接地方式的电源系统如何配置SPD1)低压供电电源的接地方式低压配电系统是指高压〔中压〕供电系统经低压配电变压器变为低压电源后，向用户供电的系统。目前，按照配电变压器低压侧的接地方式和用户电气系统中裸露导体的接地方式，有TN系统、TT系统、IT系统等三种根本的接地方式。第一个字母T表示供电电源的接地方式为直接接地，I表示所有的带电局部与地绝缘，或电源的一点通过阻抗接地。第二个字母T表示无论电源如何接地，用户裸露导体直接接地。N表示用户裸露导体直接与配电变压器工作地即中性线与保护地连接。TN系统中有一点直接接地，用电设备的外露可导电局部通过保护地线接地。以后的字母意义如下：S表示中性线与保护地分开，如TN-S系统，即一种三相五线制；C表示中性线与保护地合一，如TN-C系统，即一种的三相四线接零制；对与TN-C-S那么表示中性线〔N〕与保护地线〔PE〕在配电变压器处合一，在用户处分开的另一种三相五线制。TN—S系统L1L2L3NPE

外露可导电局部TN系统中有一点直接接地，用电设备的外露可导电局部通过保护地线接地。以后的字母意义如下：S表示中性线与保护地分开，如TN-S系统，即一种三相五线制；C表示中性线与保护地合一，如TN-C系统，即一种的三相四线接零制；对与TN-C-S那么表示中性线〔N〕与保护地线〔PE〕在配电变压器处合一，在用户处分开的另一种三相五线制。PEL1L2L3PEN外露可导电部分TN-C-S系统三相四线制TN—C系统L1L2L3PENN

外露可导电局部IT系统IT系统称为三相三线制，用户处专设回流地线，一般很少用L1L2L3外露可导电局部阻抗

TT系统。TT系统在用户专设一个保护地线〔PE〕，该地线与配电变压器无关联L1L2L3N低压供电电源的接地方式与安保装置的配合为了人身和设备的平安，现代用户电源系统都接入了适当的安保装置，可供选择的设备有1〕过流保护器；2〕漏电保护器；3〕绝缘监视装置；4〕故障电压短路装置等。各种接地系统应当与适当的安保装置配合使用。在电源系统中，第一重要的是人身保护，电源内部浪涌保护或雷电浪涌保护必须附属于人员间接接触平安保护措施，不能因为接入了浪涌保护设备而使人身平安保护设备在人员间接接触时不动作。同时，还必须保证，防雷器失效时不致使过流保护器和漏电保护器误动作。常用的电源SPD的接入方式

IEC一直推荐使用三相五线制系统，我国在电网改造中也在大力推广TN-S〔三相五线制〕系统。在新建民用建筑中，大局部为TN-S，但我国铁路目前TN-C〔三相四线接零制〕较多。下面介绍IEC62643-12中推荐的各种SPD的接入图。TN-系统中，间接接触下的平安保护应当使用过流保护器和漏电保护器。这时，SPD只能安装在安保设备之后，我们称之为“下位〔downstream〕〞，这样，一旦纯压敏电阻型SPD出现劣化短路，就迫使上位〔upstream〕的过流保护器动作，确保切断故障SPD与电源的联系，防止出现SPD爆裂或自燃。由于纯压敏电阻型SPD在电压波动较大的供电系统使用时，劣化短路的概率较高，因此，厂家往往设计了一套利用低温焊锡和机械翻板的“状态显示机构〞，该小机构一方面可以作为SPD的工作状态显示，正常工作时窗口显示绿色，SPD劣化短路时利用短路电流将低温焊锡熔化，弹簧机械翻板机构拉离压敏电阻阀片，使SPD脱离电源，确保了SPD不爆裂或不自燃，同时窗口显示红色，告诉用户该SPD应当更换了。实际上，电路中有两套电流保护装置，一套在主电路入口处，一套安装SPD的分支电路上，许多模块式SPD往往将其放在模块内，我们称它为“独立后备熔短器〞。TN—C系统〔三相四线接零制〕SPD的安装1设备入口配电盘总接地端子或接地母线浪涌保护器浪涌保护器接地连接，可任接5a或5b被保护设备F浪涌保护器制造商申明的保护器(例如，熔断器，回路开关，漏电流保护器)RA用户接地装置电阻Rg电源系统接地装置电阻浪涌保护器在TN-S系统用户入口的典型安装浪涌保护器在TN-C-S系统安装入口的

典型安装Ent入口a用户侧浪涌保护器b此浪涌保护器用于防止中性线电位过高从以上三个图看出，TN系统的三种配置中，三个规格完全一样的SPD，每一个安装在一条相线与保护地线PE之间。对于TN-C-S和TN-S系统，在中性线N和保护地线PE之间的还安装了一个SPD。TN-S系统SPD劣化时故障电流流向示意

i

i1

i2

SPD

SPDS

SPD

SPD

i

=

i1+

i2

、i1≥i2三种TN-系统中相线与保护地线之间任意一个SPD出现劣化短路都可以形成右图2故障电流回路。SPD劣化短路后与SPD相关的相线上的电流i应当通过故障SPD流向配电变压器的中性线，形成电流回路，使故障SPD发热产生高温，将低温焊锡熔融后使SPD退出电源系统。当然，假设是后备熔断器，短路电流就会将其熔断使SPD退出电源系统，大家看出，这是两种截然不同的故障保护机理。对于TN-系统，故障电流i从SPD流出后到达PE线，但是，这种配置的PE线和N线由导体相连，有共同连接点，因此电流到达PE后沿导线完成回路。回路的电阻完全由导线的电阻确定，一般导线电阻较小，因此非常容易使SPD的低温焊锡熔融，使故障SPD脱离电源系统。TT系统安装图11设备入口2配电盘3总接地端子或接地母线4浪涌保护器5浪涌保护器接地连接，可任接5a或5b被保护设备漏电流保护器(RCD)F浪涌保护器制造商申明的保护器