摘要：本文从国际电工委员会对现代防雷技术的研究工作，到自 1990 年第一个国际防雷标准发布以来的一系列防雷标准进行介绍。同时针对我国防雷技术界、工程界现状指出积极采用国际标准和国外先进标准的必要性。

引言

国际电工委员会（ IEC ）是与国际标准化组织（ ISO ）并列的两大国际标准组织。其成立于 1904 年 9 月圣路易（美国）国际电工大会，其宗旨是在电学和电子学领域中的标准化及有关事物方面（如认证）促进国际合作，增进国际间的相互了解，它通过出版国际标准在内的出版物实现这一宗旨 [1] 。

到 1998 年底 IEC 共有 53 个成员国，称为 IEC 国家委员会。 IEC 中国国家委员会是 P 成员（ Participating members ），属正式成员，应积极参加工作，有投票权。

在 IEC 出版物上，其前言部分均宣称：为促进国际上的统一，各 IEC 国家委员会应尽最大可能的将 IEC 标准作为该国的国家标准，如果该国标准与 IEC 相应标准有分岐，应在该国标准中明确说明。

到 1999 年 4 月 1 日止，我国制定的 18784 项国家标准中，已有 7970 项采用了国际标准和国外先进标准，占总数的 42.4% 。其中在高新技术行业中采标比例达 70% 以上。 1998 年制定的国家标准 990 项中采标数为 600 项，占 60.6% 。这与《中华人民共和国标准化法》和《中华人民共和国标准化实施条例》中“国家鼓励采用国际标准和国外先进标准”的规定是一致的。 1993 年国家经委、计委、科委和技术监督局联合发文《关于推进采用国际标准和国外先进标准的若干规定》更明确指出：“采用国际标准和国外先进标准是我国一项重大的技术经济政策，是促进技术进步，提高产品质量，扩大对外开放，加速与国际惯例接轨，发展社会主义市场经济的重要措施。采用和推广国际标准是世界上一项重要的廉价的技术转让。”进一步明确了采用国际标准是我国一重要基本国策。

1 ．国际防雷标准框架

IEC/TC81 （第 81 技术委员会）是从 1980 年开始工作的，其主要技术内容是防雷。 1990 年发布第一项标准《建筑物防雷》之后，陆续出版了如下系列防雷标准（或草案）。

A ．《 IEC61024 系列》

IEC61024-1 ： 1990 建筑物防雷 第 1 部分 通则

IEC61024-1-1 ： 1993 建筑物防雷 第 1 部分第 1 分部分 防雷装置保护级别的确定

IEC61024-1-2 ： 1998 建筑物防雷 第 1 部分第 2 分部分 防雷装置的设计、施工、维护和检测

IEC61024-2 ：（草案） 建筑物高于 60m 的附加要求

IEC61024-3 ：（草案） 火灾爆炸危险环境的建筑物的附加要求

B ．《 IEC61312 系列》

IEC61312-1 ： 1995 雷击电磁脉冲的防护 第 1 部分 通则

草案在修订中的有：

IEC61312-2 LEMP 的防护 第 2 部分 建筑物的屏蔽，等电位连接及接地

IEC61312-3 LEMP 的防护 第 3 部分 对电涌保护器（ SPD ）的要求

IEC61312-4 LEMP 的防护 第 4 部分 现在建筑物内信息系统的保护

IEC61312-5 LEMP 的防护 第 5 部分 应用指南

C ． TC81 还出版（或以草案形式）了关于通信线路防雷标准（ IEC61663 ），雷击损害危险度确定的标准（ IEC61662 ）和模拟防雷装置各部件效应的测量参数（ IEC61819 ）等。

由于 IEC 内部的分工和配合在 IEC/TC37 ， TC64 和 TC77 同期出版了相关的标准，形成对 TC81 标准的补充和完善。

TC64 标准

IEC60664-1 ： 1992 低压系统内设备的绝缘配合 第 1 部分 原则 . 要求及测试

IEC60364-4 ： 1992 建筑物的电气装置 第 4 部分 安全保护

IEC60364-5-534 ： 1997 建筑物的电气装置 第 5 部分 电气装置的选择与安装 第 534 章 过电压保护器件

IEC60536-2 ： 1992 防止电击保护系列

TC37 标准

IEC61643-1 ： 1998 低压系统的电涌保护器 第 1 部分 性能要求及测试

IEC61643-2 ： 1997 低压系统的电涌保护器 第 2 部分 选择和使用原理

TC37 还对接入通讯和信号网络的过电压保护器以及元件提出技术标准（ IEC61643-3 、 IEC61644 、 IEC61647-1/2/3/4 ）。

TC77 出版了大量有关电磁兼容（ EMC ）的文件，在此不详细介绍。

2 ．外部防雷技术要点

外部防雷即使用外部防雷装置，避雷针（网、带）等接闪，并通过引下线泄入接地装置（大地）的引雷入地系统。在某种意义是也可称为建筑物防雷或直击雷防护。马宏达先生认为：防雷如同防洪，其原理是为雷电脉冲电流提供一条低阻抗的通道。在 IEC61024-1 中第一句话是“防雷装置不能阻止雷闪的形成”， 1994 年修订的中国强制性国家标准《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94 与 IEC 外部防雷标准的防雷原理是一致的。但是，中国标准与国际标准还是有一定分岐的

IEC 标准将防雷级别分为 I~IV 类，其滚球半径分别为 20m 、 30m 、 45m 和 60m 。 GB50057-94 标准将防雷级别分为第一级、第二级和第三级，其滚球半径分别为 30m 、 45m 和 60m ，均大于国际标准，露天堆场滚球半径则放宽到 100m 。对于国家标准与国际标准的分岐，起草人已在条文说明中进行了技术说明。我们认为这样修改除技术原因外，尚有经济上的原因。因为采用滚球法后，保护范围比过去小很多，对一些经常采用独立避雷针和架空避雷线的单位在经济上压力较大，因此折衷处理，在 IEC 标准中也认为：外部防雷是在绝对保护与耗费之间的折衷方案。

此外，一些行业标准尚采用保护角和折线法计算保护范围，可以认为：在一定高度范围内，使用保护角和折线法计算保护范围与用滚球法计算值是相近的，但超出一定高度后，两者差距较大。从维护国家标准的统一性和权威性出发，采用国际标准是必要的。

除此之外，用玻璃钢筒内置食盐水接闪，或串电感、电阻的优化避雷针其特性与半导体针无曲别。维护强制性国标的严肃性，建议尽快撤消 GB/T16438 和将非金属材料接闪器或优化避雷针列入国标，标准图集的内容。

3 ．内部防雷技术要点

在 IEC61312-1 中估算，全部雷电流有 50% 沿外部防雷装置进入大地，外部防雷装置是防雷系统中的一个重要组成部分。有人在论述信息系统的防雷时称避雷针起到“引火烧身”的副作用，“不能对信息系统设备起保护作用”无疑是片面的。

在 IEC 标准中除外部防雷外，针对全部雷电流余下的 50% 提出了屏蔽、等电位连接、过电压保护等内部防雷措施。其中有些规定对我国目前防雷技术现状有现实指导意义，分别介绍如下：

A ．雷电防护区（ LPZ ）概念的引入：

按 EMC 原理将建筑物按需要防护的空间由表及里划分为不同的雷电防护区（ LPZ ），有如下实际意义：

1 ）可以计算出各 LPZ 内空间雷击电磁脉冲的强度，以确认是否需采取进一步的屏蔽措施。

2 ）可以确定等电位连接的位置（一般是各 LPZ 区交界处）。

3 ）可以确定在不同 LPZ 交界处选用电涌保护器的具体指标。

4 ）可以选定敏感电子设备的安全放置位置。

5 ）可以确定在不同 LPZ 交界处等电位连接导体的最小芯线截面。

IEC61312-1 将 LPZ 分为以下各区，其中文名称暂拟如下：

LPZO A ：直击雷非防护区

LPZO B ：直击雷防护区

LPZ1 ：第一屏蔽防护区

LPZ2 ：第二屏蔽防护区

·········

LPZn ：第 n 屏蔽防护区

B ．共用接地系统和信息系统设备的等电位连接

在信息系统的设备接地问题上，我国以往许多规范要求电子设备单独接地，这个为通信（计算机）设备提供零电位参数点的地常称为直流地、信号地或逻辑地。提出逻辑地单独接地的原意是防止地网中杂散电流或暂态电流干扰设备的工作。在国际标准中均不提单独接地，有标准[3]指出：“不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、绝缘的、专用的、干净的、静止的、信号的、计算机的、电子的和其它这类不正确的大地接地体做为设备接地导体的一个连接点。”最近有人提出接地要：“共网不共线，分类接地网，不串不共用，一点接地法”，还提出信号地线与其它接地线间距要大于15m 。这种提法和做法均与国际标准相矛盾。在 IEC60364-5-534 中规定电涌保护器（ SPD ）的连接地线长度不宜大于 0.5m ，其原因是当 SPD 对地泄放雷电流时，被保护设备绝缘承受的电涌电压仅为相线母排与 PE 线母排间 SPD 的残压 Ur 和其连接线上电压降 L之和， L （电感）与连接线的长度成正比。如果“共网不共线，”而设备在三层楼上，连接线长 10m 左右， L 可达 10 μ H ，电压降之大将对被保护设备产生不利影响。“分类接地网”也是不现实的，信息系统是设在一幢建筑物之内，它的接地不可能不与该建筑物的供电、接地等一系列问题脱开而独立，国标《低压配电设计规范》 GB50054-95 也是提出共用接地系统。至于“不串不共用，一点接地法”更是不知所云。

????????????????????????????????    在 IEC 标准中指出：应利用钢筋混凝土结构建筑物内大尺寸的金属件构成一个三维的、网络形的等电压连接网络，所有的需接地端口应就近，以最短和最直的途径与这个网络连接，计算机设备与等电位连接带的连接方式有 S 型和 M 型以及两种型的组合形式，可参看图 1 。

	S 星型结构	M 网型结构
基本的等电位连接网
接至共用接地系统的等电位连接

图 1A 等电位连接的基本方法

	组合 1	组合 2
接至共用接地系统的等电位连接

C ．屏蔽及其计算：

众所周知，雷击电磁脉冲（ LEMP ）是以场和路的两种形式耦合影响敏感电子设备的。但对场的计算却是国内标准的空白，在 IEC61312-2 中给出了如下计算方法。

1) 直接雷击情况下的格栅形空间屏蔽

在雷电直接击在格栅形屏蔽体的情况下 , 这种格栅形屏蔽体是由包围 LPZ1 区的钢构架 , 金属支柱和钢筋组成 , 它们是防雷装置的一部分。

在 LPZ1 区中空间 Vs 的内部任意一点磁场强度 H 1 为：

H 1 =K H .i o w/ （ dw √ dr ） (A/m)

由此得出 ,LPZ1 区中空间 V S 的内部任意一点由首次雷击所致的磁场强度最大值为：

H 1 / f/max =K H .i f/max .W/ （ dw. √ dr ） (A/m)

在 LPZ1 区中 Vs 式中空间内部任一点由后续雷击所致的磁场强度最大值为：

H 1 / s/max =K H .i s/max .W/ （ dw. √ dr ） (A/m )

dr 由所选择的点至 LPZ1 的屏蔽体的顶之间的最短距离。（ m ）

dw 由所选择的点至 LPZ1 的屏蔽体的墙之间的最短距离。（ m ）

i f/max ：首次雷击电流的最大值，（Ⅰ类为 200KA ，Ⅱ类为 150KA ，Ⅲ ~ Ⅳ

类为 100KA ）

i s/max ：后续雷击电流的最大值，（Ⅰ类为 50KA ，Ⅱ类为 37.5KA ，Ⅲ ~ Ⅳ

类为 25KA ）

K H ：形状系数（ 1/ √ m ），可取 K H =0.01 ；

由上述计算的磁场强度仅对在格栅形屏蔽体内由下式安全距离所限定的 Vs 空间才有效：

ds/ 2 =W (m)

在 Vs 空间内部的磁场强度 H 1 与网眼宽度 W 无关。只有在 Vs 空间内部才可以安装信息系统设备，在紧挨着格栅处的很高的磁场值不必作为信息系统设备的干扰源来考虑。

2 ）在 LPZ ≥ 2 区四周的格栅形空间屏蔽防护

在 LPZ2 区及以上雷电防护区的格栅形屏蔽中，基本不会产生明显的局部雷击电流。因此，主要问题，就是由表 1 给出的求 SF 值的公式来估算 LPZn 区内部的磁场强度 H O 减至 LPZn+ 1 区内部磁场强度 Hn+ 1 的衰减量。

利用表 1 可以计算出 LPZn+ 1 区内与屏蔽体的安全距离 ds/1 ：

ds/1=W · SF/10 （ m ）

其中： SF ：由表 1 计算出的屏蔽系数 （ dB ），

W ：格栅形屏蔽体的网眼宽度 （ m ）。

由表 1 所求的衰减值可以计算出 LPZn+1 区内磁场强度：

Hn+ 1 =Hn/10 SF/20 （ A/m ）

其中： SF 由表 1 计算出的屏蔽系数 （ dB ）

Hn ： LPZn 区内的磁场强度 （ A/m ）

除理论计算外，尚可利用雷电流发生器在建筑物的任一点模拟试验以估算建筑物内的磁场强度。

表 1 在邻近雷击产生的平面波情况下，格栅形空间屏蔽的磁场衰减

	SF （ dB ）
	25KHz	1MHz
铜材、铝材	20 · log （ 8.5/w ）	20 · log （ 8.5/w ）
钢材	20 · log （ 8.5/w ）√ 1+18 · 10 -6 /r 2	20 · log （ 8.5/w ）

说明： 1 ） 25KHz 对首次雷击磁场强度 Hf 有效

2 ） 1MHz 对后续雷击磁场强度 Hs 有效

3 ）钢材导磁率μ r ≈ 200

4 ） W —格栅形屏蔽网眼宽度，此处 W ≤ 5m

5 ） r —格栅形屏蔽杆材半径（ m ）。

D ．电涌保护器（ SPD ）的选择和安装位置

在美国标准 IEEE std 1100-1992 修订过程中，已将 Surge Suppressor 一词改为 IEC 标准中 Surge Protective Device 一词，即电涌保护器而不再用电涌抑制器。在我国标准 GB50057-94 中使用“过电压保护器”这是基本可行的。但一些生产厂商或个别行业标准使用“避雷器”或“防雷保安器”则不妥，不准确。“保安”一词有“保证安全”的含义，我国标准《编制电气安全标准的导则》对使用“安全”一词有明确的界定，规定“不能把“安全”这个词与“元件”或与某元件的名称联用”，而 SPD 实际上是一个或多个具有非线性特性的元件，其不仅仅对雷电过电压，且对其它原因的瞬态过电压起作用，因此“防雷保安器”的名称是不妥的。名不正、言不顺， GA173 《防雷保安器》标准应做修改。

IEC 标准对 SPD 定义如下：用以限制瞬态过电压和泄放雷电流的一种保护器，它至少设有一非线性组件。 SPD 可按器件特征分为开关型（雷击电流放电器）和箝压型。

对元件 IEC 也提出了有关标准：

IEC61647-1 ： 1996 GDT （气体放电管）

IEC61647-2 ： 1996 ABD （雪崩二极管）

IEC61647-3 ： 1996 MOV （压敏电阻）

IEC61647-4 ： 1996 TSS （可控硅过电压抑制管）

作为研究机构和生产厂商除应对这些标准研究外，尚应配置相应的测试设备。从使用的角度， IEC 也提出了一些具体的要求和做法。

1 ） SPD 的泄放能量问题：

现在市场上销售的 SPD 很少在标注通流容量之后标明测试的波形，而这一点是非常重要的。 IEC 对首次雷击电流参数和波形规定如表 2 。

表 2 首 次 雷 击 参 数

首次雷击	防雷建筑物类别
	第一类	第二类	第三类
幅值 I （ KA ）	200	150	100
波头时间 T1 （μ s ）	10	10	10
半值时间 T2 （μ s ）	350	350	350
电荷 Qs （ C ）	100	75	50
单位能量 W/R （ J/ Ω）	10 × 10 6	5.6 × 10 6	2.5 × 10 6

由公式 Q= × I × T 2

W/R= × × I 2 × T 2

可以比较出 , 在幅值（ I ）相同时，不同波形之比

Q （ 10/350 μ s ） =17.5Q （ 8/20 μ s ）

W/R （ 10/350 μ s ） =17.5 W/R （ 8/20 μ s ）

即相差近 20 倍！

如将雷电单位能量定为一定值，即

W/R （ 10/350 μ s ） =W/R （ 8/20 μ s ），则可计算出

10/350 μ s 波形的电流 I 350 与 8/20 μ s 波形的电流 I 20 的关系式：

也就是说流经每相电流为 5KA （ 10/350 μ s ）设计时，选用 8/20 μ s 波形测试的 SPD 时，应用标称通流容量为 5 × 4.18 ≈ 5 × 5=25KA （ 8/20 μ s ）。

因此，当设计要求每相电流较大时，如需 20KA （ 10/350 μ s ）则必须加大到 100KA （ 8/20 μ s ），对由一单片 MOV 构成的 SPD 是很困难的，有些厂商便采用多个 MOV 并联方法以解决此困难，这种办法由于 MOV 的伏安特性不一致也难于实现。

2 ） SPD 的安装
    在 IEC 标准中， SPD 分级分类安装在各 LPZ 区交界处上，并实现等电位连接。在低压配电线路中一般选用开关型（雷击电流放电器）为第一级 SPD ，其优点是通泄流量大，耐受能力强。安装方法可见图 2 。

图 2 SPD 在 TT 系统中的安装

从图中可以看出， TT 系统经 SPD 后成为三相五线制， N 线与 PE 线不再相连。这种做法与国际《低压配电设计规范》 GB50054-95 的要求是一致的。

在 SPD 1 之后，应安装箝压型 SPD 2 … SPDn ，以使过电压衰减到设备可能承受的范围。在某部标准中提出电力变压器额定电压 10000V ，模拟雷电压冲击波（ 1.2/50 μ s ）电压峰值取 75KV ，此时如采用 MOV 元件，当峰值电流为 20KA 时，其残压为 254KV ，无法实现配合。

本文在谈到等电位连接时分析了 SPD 与等电位连接带小于 0.5m 距离的要求。关于等电位连接导体芯线的最小截面，在 IEC 标准中也因导体材质和等电位连接位置不同而提出不同的要求，某部标准对接地线的截面笼统规定多股铜线截面积为 35~95mm 2 ，这与 IEC 标准等电位连接带最小截面不小于 50mm 2 ，使用铜材在 LPZO B 与 LPZ1 区交界处连接导体不小于 16mm 2 ，在 LPZ1 与 LPZ2 区交界处不小于 6mm 2 的规定矛盾。在 IEC61024-1 中对直击雷引下线的截面（铜材）也仅为 16mm 2 ，连接导体截面过小有问题，无益的加大铜材截面也会造成相当大的经济负担的问题。

在 IEC 标准中还规定了，当 SPD 1 与 SPD 2 直线间距小于 10m ， SPD 2 与 SPD 3 之间小于 5m 时，为实现两级 SPD 的能量配合，应在其间串入合适的退耦元件。为防止 MOV 或其它元件寿命终止引起相线接地故障，在 SPD 前端应加装过电流保护装置（见图 2 ）等。做为生产厂家， SPD 应标注如下参数：

电源系统用 SPD ：标称工作电压、残压、标称通导电压、标称通流电流、响应时间和漏电电流。

数据（信号）线用 SPD ：箝位电压、响应时间、传输速率、插入损耗、标称放电电流和特性阻抗。

天馈线用 SPD ：最大传输功率、工作频率、插入损耗、驻波比、响应时间、残压、特性阻抗和通流量等。

在本文定稿复印过程中，从广州传来消息：某国际机场在不久前一次雷击中，安装了国内某公司产品的系统被雷击损坏，而另一套使用了国外产品的系统却未发生事故，另外在吉林白山阜送外马通信站在 50 多米的铁塔上安装了所谓通过某部鉴定的优化避雷针，并不能保证通信局站的安全， 1998 年 10 月雷击造成通信局站毁灭性的事故，雷击损失高达 309 万圆。这一消息提醒我们，必须按国际标准规范防雷设计和防雷产品。

 

参考文献

1 国际电工委员会章程和程序规则 .1992 年 , 日内瓦

2 半导体消雷器特性试验—模拟试验结果报告会在京举行 . 电网技术 ,1999 年第 5 期

3 IEEE std 1100-1992 Recommendad Practice for Powering and grounding Sensitive electronic equipment （敏感电子设备的供电和接地，美国标准）

4 林维勇 . 对计算机信息系统防雷规范的意见 .1999 年

??????  5 王厚余 . 建筑物电气装置内电涌防护器的应用 . 《工科物理》 1998 年副刊 . 现代防雷专辑（ 1 ）