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建筑物中电子信息设备雷击电磁脉冲(LEMP)和电涌防护浅议GB50057-94《建筑物防雷设计规范》2000年修订版颁布实施已经3年多了，作为国家工程建设的强制性标准之一，在工程设计中如何贯彻执行，仍有许多工作要做。近年来，随着我国加入WTO的需要，国家标准规范向国际标准规范靠拢的步伐不断加快。《建筑物防雷设计规范》紧跟IEC最新标准，及时修订增加了第六章“防雷击电磁脉冲”的相关内容，对于完善建筑物内电子／信息设备的LEMP防护起了很好的作用。但从目前我所了解的情况看，在具体工程设计中距全面地贯彻实施GB50057规范修订条文还有较大的差距。许多设计人员对LEMP防护措施及SPD的选用配置还较陌生，这固然与规范条文的可操作性有关，也与缺乏实用性强的设计手册有关。比如关于建筑物综合防雷技术中的“接闪、分流、均压(等电位)、接地、屏蔽、电涌保护”等几大技术措施中，电磁屏蔽技术及SPD保护技术是两大重点也是难点之一。这里的困难是如何确定各类建筑物或房间的屏蔽参数，这与内部的电子／信息系统及设备有关，而工程设计中除特殊试验室(如微波暗室)及大型电子／信息系统机房需要特别关注并计算其屏蔽效能外，大量一般性的工业与民用建筑物中，工艺均未提或提不出相关的电磁环境要求的定量指标。因此作为防雷设计人员，只能在利用建筑物钢筋或金属体(如钢结构或外墙装饰金属壁板等)兼作防雷引下线，分流接地体以及防雷和电气安全用等电位联结时，兼顾到电磁屏蔽要求。因此应尽量将建筑物及房间外墙空间六面体中的结构金属体(如钢筋混凝土板、梁、柱及基础内的钢筋体，钢结构板、梁、柱)，金属或导电地板、金属门框架、电梯轨道、吊车、电缆桥架，各类工艺或动力金属管道等大尺寸及网格状的金属体均作等电位联结并接地，这样做一般均能满足内部普通电子／信息设备的电磁环境要求。当然，这里还要注意到电力／信号线路，特别是电子信号／控制线路的屏蔽要求。弱电线路宜采用屏蔽电缆或穿铁管／金属封闭线槽配线，强电线路如有要求(如电子厂房／机房)也宜采用金属管或封闭线槽配线。另一个重点／难点防雷措施则是电涌保护器(SPD)的选用和配置问题。IEC新近推出了关于SPD的制造和使用方面的IEC6164-3系列标准，并准备将原来的TC37(避雷器)技术委员会制定的避雷器标准与TC37A制定的IEC61643系列“电涌保护器”标准相协调。因此，可以说SPD既是一个“老产品”，又是IEC新标准提出的更高要求的“新产品”，IEC新标准对连接至低压配电系统和电信／信号网络的SPD的性能要求、试验方法、选择和使用原则均提出了较原低压避雷器标准更为详尽和严格的要求。我国的有关部门和行业亦将IEC61643系列标准等同或等效地转化为了国家标准或行业标准。下面仅就几个问题谈一点个人的浅见。1关于雷电参数和SPD的试验电流波形及等级参数问题GB50057-94标准所规定的各类防雷建筑物的雷电流参量是等同采用IECl024-1-1标准所规定的参量值。而IEC关于雷电流参量的规定亦是根据国际大电网会议的相关资料及大量实测的雷电流的积累次数分布曲线而制定的，是各类建筑防雷设施性能评价的依据。我国已加入WTO，等同或等效采用国际相关标准既是必要的也是必须的。在此基础上制定的SPD的试验电流波形以及试验参数也同样是依据了IEC相关标准。试验电流／电压波形是按照产品的试验考核目的而设计的，当考核安装于LPZOA或LPZOB区与LPZl区交界处的SPD允许通过的电涌能量时，试验电流采用10/350μs(1级分类试验)的长波形是必要的，10/350μs波形并非自然界发生的实际雷击电流波形，而是考虑了一次闪电中的首次雷击和后续多次雷击的全部能量而设计的试验电流波形。采用8／20μs的相对较短的试验电流波形则降低了性能要求；即使是采用等效通过能量原则的8／20μs大电流参数的SPD(Ⅱ级分类试验)来代替I级分类试验的SPD亦应通过试验来确定。至于SPD的标称放电电流(In)、最大放电电流(Imax—Ⅱ级分类试验SPD)或冲击放电电流(Iimp—I级分类试验SPD)究竟取多大合适?个人认为应按不同的雷电环境、被保护设备的的重要性以及系统中雷电流的分布计算结果而具体分析确定；不同行业有不同的要求，适用于电力系统的参数水平不一定适用于通信、铁道、石化等特殊建、构筑物。2关于雷电流在低压配电系统中的分配问题IEC及GB标准中给出了一个雷击建筑物时，50％的雷电流经防雷接地装置人地，另外50％的雷电流则分别均等分流人进／出建筑物的各种服务性管线(包括等电位联结并接地的电力线、通信线，各种埋地金属管道等)设施中的估算方法。这种粗略的估算方法，目的是为了评估等电位联结用接线夹和SPD的通流能力。虽然不够精确，但工程使用中为偏于安全还常常忽略通信线等管线的分流值。这样选择的SPD通流量虽然偏大，但却较为安全。IECl312-3认为在低压系统中影响雷电流分配的因素较多，有电缆长度、变压器阻抗、变压器接地电阻、用户侧接地电阻以及并接用户数量等。当只评估通过SPD的10／350μs的长波尾阶段的低速率变化的雷电流的能量时，可以忽略只在雷电流的波头时间内起作用的线路电感，流人低压系统中的雷电流可只按电力系统与接地装置的欧姆电阻来分配。同理，当闪电直击建筑物时，如果只考核通过SPD的能量，也可不考虑长波雷电流的高频效应，而只按建筑物、管道及配电系统等的欧姆电阻来计算电流分配。至于计算屏蔽电缆的芯、皮之间的雷电流分配也是同一道理，即可以不按高频效应的波阻抗来计算雷电流分流值。总之，工程上认为上述雷电流估算方法较为简单实用，精确计算每条线路上的雷电流是很困难的；其次，作为计算基础的雷电流参量也只能按标准规定，而自然界的雷电流是随机的、变化的，并且存在着跳出标准参量的可能性。3关于SPD的级位配置在具体工程设计中，究竟在低压配电系统中配置多少级SPD，其SPD的安装位置如何确定，这也是工程设计人员亟待解决的问题。SPD的级位配置主要取决于被保护系统和设备的绝缘配合要求，即末级SPD的保护水平(UD)加上其两端引线的感应电压之和并计及末端的反射波效应应小于被保护系统和设备的绝缘耐冲击电压水平(及抗扰度要求)，当采用一至二级SPD即能达到且其允许通流能力也符合要求时，则可不装设第三级SPD(安装于被保护设备内的SPD除外，它由设备制造者考虑)。SPD的装设级位数并不是越多越好，相反，过多的SPD级位可能导致故障率的上升。当被保护系统和设备的耐冲击水平较低或极低时，就需要装设多级$PD而逐级限压，以达到绝缘配合的要求。而SPD的安装位置一般均在不同防雷区(LPZ)的交界处附近的配电盘或配电箱上，至于变压器低压侧的第一级SPD则可安装于变压器出线端子处(可保护主开关)，也可安装于低压总开关的电源侧，具体由工程设计决定。这里要注意的问题是：当SPD的安装接线方式为“3+1”方式，即安装于L-N及N-PE之间时，其保护水平应为安装于L-N线的SPD与N-PE线上的SPD的Up之和。另外，对于长度超过30m的配电干线，由于线路上的波过程以及在线路节点上的反射波效应，将导致线路末端电涌电压的明显升高从而达不到保护水平的要求，此时应在线路节点处(如楼层配电箱处)增加一级SPD。工程设计中选用SPD还有其他应注意的问题，限于篇幅不赘述。总之，正确配置低压电源系统和信号系统中的SPD对于广大工程设计人员来说的确是一个新的课题。除了设计人员自身应不断的学习研究新标准规范，“与时俱进”外；规范制定者，有关学会专家及科技期刊的“宣贯”工作也是非常必要的。