GB T 19271.2-2005 雷电电磁脉冲的防护 第2部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地.pdf
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1、ICS 91.120.40P 30巧易中华人民共和国国家标准GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:1999雷电电磁脉冲的防护第2部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地Protection against lightning electromagnetic impulse(LEMP)一Part 2:Shielding of structures, bonding inside structures and earthing(IEC TS 61312-2:1999,IDT)2005-07-29发布2006-04-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标
2、准化管理委员会发布GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:1999目次0门n曰nes,月且,二n乙?八乙9目U舀1总则,1. 1范围,1.2规范性引用文件,.,1.3术语和定义.,.1.4符号,-,、,。,1一2电磁干扰源及其受害者,.,.,.3格栅形空间屏蔽,.3. 1邻近雷击情况下的格栅形空间屏蔽,.,.,.,.,.3. 2直接雷击情况下的格栅形空间屏蔽.3. 3围绕LPZ2区及LPZ2以上防雷区的格栅形空间屏蔽3.4格栅形空间屏蔽体内部的磁场强度的实验测定,3. 5安装规则,.,.4接地系统,4. 1接地装置,4. 2等电位连接网络,.4. 3接地装置与等电位连
3、接网络的组合,.4.4屏蔽、等电位连接及接地布局的例子,.附录A(资料性附录)接地与等电位连接的定义,1,1一附录B(资料性附录)由各种设施构成的环路中感应电压及电流的计算,B. 1邻近雷击下环路在LPZ1内部时的感应电压及电流,B. 2建筑物遭直接雷击下,环路在I-PZI内部时的感应电压及电流B. 3环路在LPZn(n妻2)内部时的感应电压及电流,附录C(资料性附录)格栅形磁场屏蔽体内部磁场强度的计算参考文献,、,图1雷击时的EMC状况,.-.-.,.图2用阻尼振荡描述磁场强度波形的上升期,图3用钢筋和金属框架构成的大空间屏蔽体,图4邻近雷击的情况图5 LPZI或I.IZn内部用于安装信息设
4、备的空间,.,图6评估被屏蔽建筑物内部磁场强度的低电平雷电流试验的建议图7环路中的感应电压及电流图8工厂的网格形接地装置图9利用建筑物的钢筋作屏蔽及等电位连接图10钢筋结构建筑物的等电位连接,、,.,.图11由等电位连接网络与接地装置组合而成的接地系统示例,图12一座办公大楼的防雷区、屏蔽、等电位连接及接地的设计示例,图A.1接地及等电位连接的结构图,.,22247sto111272,:巧1617铭GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:1999Olnnn乃乃了n乙n勺,卜,-二二二二.:,.,.卜 。,.:,.:,.,:.图C. 1几类大空间格栅形屏蔽体,图C. 2
5、第1类格栅形屏蔽体内部的磁场强度H图C. 3第1类格栅形屏蔽体内部的磁场强度H表1邻近雷击时磁场为平面波情况下,格栅形空间屏蔽体的磁场衰减199第GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2月q吕GB/T 19271雷电电磁脉冲的防护分为4个部分:第I部分:通则;一一第2部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地;-一一第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。本部分为GB/T 19271的第2部分,等同采用IEC TS 61312-2:1999雷电电磁脉冲的防护部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地(英文版)。本标准等同翻译IEC TS 61312-
6、2:1999为便于使用,本部分作了一系列编辑性修改:将一些适用于国际标准的表述改为适用于我国标准的表述。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写格式作了修改。如:注后的连字符“一”改为冒号“:”;英文名称的连字符“一”改为空格;表编号、图编号与标题之间的连字符“一”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”的引导语按GB/T 1.卜一200。的规定编写。“术语和定义”按GB/T 1. 1-2000的规定编写。本部分的附录A、附录B和附录C均为资料性
7、附录。本部分由全国雷电防护标准化技术委员会(SAC/TC 258)提出并归口。本部分由广东省防雷中心负责起草参加起草的单位还有:清华大学电机工程与应用电子技术系、总装备部工程设计院、中国电信集团湖南省电信公司、中国气象局监测网络司。本部分主要起草人:杨少杰、黄智慧、张伟安、余乃极、金良、何金良、陈水明、潘正林。GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:1999雷电电磁脉冲的防护第Z部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地总则1.1范围本部分规定了安装有信息设备(如电子系统)的建筑物,在遭受直接雷击以及邻近雷击情况下,其LEMP屏蔽措施有效性的评估方法。并且给出与雷电电磁
8、脉冲防护有关的建筑物内各种等电位连接措施及各种接地方法的规则。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。GB/T 17626.5-1999电磁兼容试验和钡(量技术浪涌(冲击)抗扰度试验Gdt IEC 61000-4-5:1995)GB/T 17626. 9-1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验(idt IEC 61000-4-9:1
9、993)GB/T 17626. 10-1998电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验(Gdt IEC 61000-4-10:1993)GB/T 19271. 1-2003雷电电磁脉冲的防护第1部分:通则(IEC 61312-1:1995,IDT)GB/T 19271. 3-2005雷电电磁脉冲的防护第3部分:对浪涌保护器的要求(IEC 61312-3:2000,IDT)GB/T 19271. 4-2005雷电电磁脉冲的防护第4部分:现有建筑物内设备的防护(IEC TR261312-4:1998,IDT)IEC 61000-5-2:1997电磁兼容(EMC)第5部分:调节方法和安装指南第2
10、节:接地与布线IEC 61024-1:199。建筑物防雷第1部分:通则1.3术语和定义GB/T 19271. 1和IEC 61024-1中给出的术语和定义以及下列术语和定义适用于本部分。1.3.1电磁兼容性(EMC) electromagnetic compatibility设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。1.3.2格栅形空间屏蔽gridlike spatial shield用于建筑物或房间的磁场屏蔽。采用建筑物内的交叉杆材部件来构成(例如:钢筋混凝土中的钢筋,金属框架以及金属支承)较为可取。此类屏蔽的特征是有许多孔洞。1.3.3抗损能力i
11、mmunity against damage设备抗传导及辐射雷电效应而不损坏的能力。GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:19991.3.4雷电电磁脉冲(LEMP) lightning electromagnetic impulse1.3.5防雷系统(LPS) lightning protection system在IEC 61024-1中,I-PS定义为:用以对某一空间进行雷电效应防护的整套装置它由外部防雷系统和内部防雷系统两部分组成口注在特定情况下,防雷系统可仅由外部防雷系统或内部防雷系统组成1.3.6防雷区(LPZ) lightning protection
12、zone1.3.7浪涌保护器(SPD) surge protection device1. 4符号1.4.1 b环路宽度(横向长度)1.4.2 d,所考虑点至LPZ1屏蔽体顶部的最短距离1.4.3 d,所考虑点至LPZ1屏蔽体侧面的最短距离1.4.4 d,环路与LPZ屏蔽体侧面的距离1.4.5心环路与LPZ屏蔽体顶部的平均距离1.4.6 d,至屏蔽体的安全距离(防御难于承受的强磁场)1.4.7峨/;邻近雷击情况下的安全距离1.4.8 d,:直接雷击情况下的安全距离1.4.9 H。首次雷击的磁场强度1.4.10 H,-,2,、在LPZn中的磁场强度1.4.11 H。在LPZ 0、及I,PZ 0。
13、中的磁场强度1.4.12 H,后续雷击的磁场强度1.4. 13 it在LPZ 0、中首次雷击的雷电流l. 4. 14 i沿入户设施传入的局部雷电流1.4. 15 i-=,.2.3。LPZn中的传导电流1. 4. 16 i LPZ 0、区中的雷电流1.4.17 i:在LPZ 0、中后续雷击的雷电电流1.4. 18心短路电流1.4.19 K,;形状系数1.4.20 1环路长度1.4.21 L环路的自感1. 4.22 :M(感应)环路的互感系数1. 4. 23 max最大值的标志1.4.24 r半径1.4.25 S。雷击点与屏蔽体的平均距离1. 4. 26 SF屏蔽系数,屏蔽的衰减值1.4.27 T
14、,雷电流的波前时间,在GB/T 19271. 1中定义1. 4. 28 Tw,首次雷击电流升至最大值的时间1. 4. 29 7,、后续雷击电流升至最大值的时间1.4.30 U。在LPZn中的传导电压1.4. 31私、开路电压2GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:19991.4.32 W格栅形屏蔽体的网格宽度1.4.33 V,格栅形屏蔽体内部的安全空间2电磁干扰源及其受害者图1给出了一个电磁兼容实际状况的例子,图中所示建筑物分为I,PZO, LPZI及LPZ2等防雷区。信息(电子)设备安装于LPZ2区内。信息设备的主要电磁干扰源是雷电流i。及磁场Ho。沿着人户的公共
15、设施流过部分雷电流i,。电流i。及:,以及磁场Ha假定具有相同的波形。根据GB/T 19271. 1-2005第2章,在此要考虑的雷电流是由首次雷击电流,(10/350 ps)以及后续雷击电流1,(0.25/100 1,s)所组成。首次雷击电流;产生磁场H,,而后续雷击电流:,产生磁场H。磁感应效应主要是由磁场强度上升至其最大值的上升沿决定的。如图2所示,H,的上升沿可用具有最大幅值为H,、升至最大值时间Tp/为101s的25 kHz阻尼振荡场来表征。同样,H,的上升沿可用具有最大幅值为从,二、升至最大值时间兀为。25 的1 MHz阻尼振荡场来表征由此得出,就磁感应效应来说,首次雷击的磁场可用
16、典型频率25 kHz来表征,后续雷击的磁场可用典型频率1 MH:来表征。在GB/T 17626. 9以及GB/T 17626. 10中规定以这些频率的阻尼振荡磁场来进行测试。干扰的受害者是对传导及辐射雷电效应有一定内在抗损能力的信息设备。通过在防雷区(LPZ)安装电磁屏蔽体以及在LPZ的各交界处安装浪涌保护器(SPD),则由H_ io及i所确定的初始雷电效应被减小至受害者所能耐受的程度。如图1所示,受害者必须能分别经受得住其周围的磁场H:以及传导的雷电效应(U2,iz).如何将i,衰减至i。以及如何减小U。由GB/T 19271. 3规定,而如何将H。减至足够低的H2值则由本部分规定。对此处所
17、考虑的格栅形空间屏蔽,可假定LPZ区内的磁场(H, Hz)与外界磁场(Ho)具有相同的波形对信息系统的LEMP防护,最好能根据GB/T 17626. 5(传导过电压及电流),GB/T 17626.9(首次雷击引起的辐射磁场)及GB/T 17626. 10(后续雷击引起的辐射磁场),用适当的试验来验证设备的抗损能力。图2表明,GB/T 17626. 9及GB/T 17626. 10标准中所规定的试验能充分地模拟首次雷击磁场H,以及后续雷击磁场H,的上升沿。注1; G即T 17626. 5,GB/T 17626. 9以及GB/T 17626. 10中所规定的试验是用来证明设备的抗扰能力的.在所规定
18、的四个试验评定等级中,本部分只考虑抗损能力注2:如果对内部装设有信息设备的建筑物或房间利用格栅形大空间屏蔽体对磁场进行充分屏蔽,通常就可将瞬态磁场减至足够低的数值。3格栅形空间屏蔽实V TI.上,建筑物或房间的大空间屏蔽体是用诸如金属支架、金属框架或钢筋等自然部件构成的。这些部件构成了一个格栅形的大空间屏蔽。穿过屏蔽层的导电物体应该就近与屏蔽层作等电位连接图另从原理上给出了如何用钢筋混凝土中的钢筋以及金属框架(用于金属门及可能被遮封的窗户)构成建筑物或房间的大空间屏蔽体。当对屏蔽有效性不做专门实验或理论研究.其衰减可按如下方法进行估算。3门邻近雷击情况下的格栅形空间屏蔽图4给出了邻近雷击的情况
19、。被屏蔽空间的入射磁场可近似看作一个平面波。I TZ。区的人射磁场强度H。可按下式计算:GB/T 19271.2-2005/IEC TS 61312-2:1999H=io/(2S)(A/m)式中:iv一雷电流,单位为安(A).S。一一雷击点至所考虑的被屏蔽空间的平均距离(见图4),单位为米(m).由此得出首次雷击所致的磁场强度最大值为:H、,二iv_./(27Se) (A/m)后续雷击所致的磁场强度最大值为:H。,一,,m,./(2nS,) (A/m)式中:if/.首次雷击电流最大值,单位为安(A),按保护级别选定;isl.一一后续雷击电流最大值,单位为安(A),按保护级别选定。虽然表1仅对平
20、面波有效,但磁场强度由H。衰减至LPZI内部的磁场强度H,,其衰减量仍可由表1所给出的求SF值的公式得出。由表1公式估算出的衰减系数对ITZ1区内的安全空间V,有效,V,是以与屏蔽体保持一安全距离d,尹,而确定的空间(见图5),么厂:一WSF/10 (m)式中:SF一由表1的公式估算出的屏蔽系数,单位为分贝(dB);W该格栅形屏蔽体的网格宽度,单位为米(m) o由SF值可计算出I.PZ1区中空间体V内的磁场强度H,:H,=H/io/z0 (A/m)式中:SF由表1的公式估算出的屏蔽系数,单位为分贝(dB).H-LPZO区的磁场强度,单位为安每米(A/m),首次雷击与后续雷击磁场强度最大值分别等
21、于Hoivme. , H.1,im_ .3.2直接雷击情况下的格栅形空间屏蔽为了防雷,建筑物的屏蔽(围绕LPZ1的屏蔽)可以是ITS的一部分,因此,雷电流可能沿着它而流动。对此类屏蔽,直接雷击下其内部磁场的特征目前尚未确定格栅形空间屏蔽体实际上是由如钢框架、金属支架以及钢筋等所构成。这些屏蔽体可能围绕I,PZI区而建闪电可能击中建筑物屋顶上的任意一点。在此情况下,I.PZl区内空间V,的内部任意一点由雷击产生的磁场强度H:为:H,一K,。W/(dw、贾二)(A/m)由此得出LPZI区内空间V,内部任意一点由首次雷击所致的磁场强度最大值为:执ma、一KxIf/.-W/ (d丫歹丁)(A/m)LP
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