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QXT 3-2000气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范PDF文本

1Cs33.100M04见X中华人民共和国气象行业标准QX3-2000气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范Technical specifications for protecting the meteorologicalinformation system from lightning electromagnetic impulse2000-11-20发布2001-01-01实施中国气象局发布興素前网ZS沁.ET
QX3-2000目次前言…夏1范围………12?引用标准……13定义………………14防护原则…”35雷电防护区的划分……36等电位连接和共用接地…7屏蔽措施和线缆敷设……………78雷击电涌保护………9防雷装置的维护和管理………13附录A(标准的附录)雷击风险评估方法…附录B(标准的附录)雷电流…16附录C(标准的附录)电涌保护器(SPD)的选择和安装…19附录D(标准的附录)环路中感应电压、电流和能量的计算………25附录E(标准的附录)亡本规港用词说明系?CG…附录F(提示的附录)全国各主要城市雷暴活动日数（期）…28興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
QX3-2000前言雷电是一种剧烈的大气现象。雷电压可高达数百万伏特，瞬间电流可高达数百千安培。雷击的电效应、热效应和机械力常造成火灾、筑物损坏和人身伤亡等灾害。雷击电磁脉冲常对信息系统造成干扰和破坏，对操作人员造成危害。特别是近年来随着气象台站的现代化水平的显著提高，大量的自动化仪器、新一代天气雷达、气象卫星通信、卫星接收和传输系统以及大型计算机设备和网络的投入使用，这些信息系统的集成化程度与对雷击敏感度水平在同步提高，因此雷击电磁脉冲的危害日趋严重。鉴于气象行业中的信息系统担负着气象信息的获取、处理和传输，关系着国民经济设的发展和保障，为保障气象台站信息系统的安全运行，特采用了国际电工委员会(IEC)和国际电信联盟(ITU)相关技术标准以及国家标准GB50057一1994、GB50054一1995和GB50174一1993等编制了本标准。本标准共分9章6个附录，本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E均是标准的附录，附录F是提示的附录。本标准由中国气象局雷电防护管理办公室提出。本标准由中国气象局监测网络司归。本标准主要起草人：关象石、蔡振新、刘寿先、杨少杰、曹和生、匡本贺。J.NE興尚览Z.ZC
中华人民共和国气象行业标准气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范QX3-2000Technical specifications for protecting the meteorologicalinformation system from lightning electromagnetic impulse1范围本标准规定了气象信息系统的防护原则、雷电防护区的划分、屏蔽措施和线缆敷设、雷击电涌保护及防雷装置的维护和管理。本标准适用于新气象信息系统的防雷设计、施工；原有气象信息系统改造的防雷设计、施工可参照执行。气象信息系统的防雷设计和施工除应执行本标准的规定外，尚应符合现行国家有关标准的规定。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有的标准都会被修订，使用本标准的各方面应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB93611988计第场地安全要求个小闪∠.U∠○U.N已1GB/T16935.1一1997低压系统内设备的绝缘配合第1部分原则要求和测试GB50054一1995低压配电设计规范GB50057一1994筑物防雷设计规范GB50174一1993电子计算机机房设计规范GB/T50311一2000筑物与筑物群综合布线系统工程设计规范IEC61024-1:1990筑物防雷第1部分通则IEC61312-1:1995雷击电磁脉冲的防护第1部分通则IEC/TS61312-2:1999雷击电磁脉冲的防护第2部分筑物的屏蔽、内部等电位连接和接地1EC61643-1:1998连接至低压系统的电涌保护器第1部分特性要求及试验方法IEC60364-5-534:1997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3定义本标准采用下列定义：3.1信息系统information system许多类型的电子装置，包括计算机、通信设备、自动监测和控制系统等的统称，在气象行业中主要用于气象信息的获取、处理和传输。3.2直击雷direct lightning flash雷电直接击在筑物、大地、防雷装置或其他物体上，产生电效应、热效应和机械力。中国气象局2000-11-20批准2001-01-01实施1置素前阀Z.Z0.NE]
QX3-20003.3雷电感应lightning induction雷击放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花。3.4静电感应electrostatic induction由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在这些导体上的感应电荷得到释放，如不就近泄入地中就会产生很高的电位。3.5电f磁感应electromagnetic induction由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。3.6雷电波侵入lightning surge on incoming services由于雷击对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵人屋内，危及人身安全或损坏设备。3.7防雷装置lightning protection system,LPS由接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器及其他连接导体组成的防雷设施的总和。3.8外部防雷装置external lightning protection system由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用以防护直击雷的防雷装置。3.9内部防雷装置internal lightning protection system除外部防雷装置外，所有其他附加设施均为内部防雷装置，主要用来减小和防护雷电流在需防护空间内所产生的电磁效应。3.10雷电防护区lightning protection zone,LPZ根据被保护设备所在位置、所能耐受的电磁场强度及要求相应采取的防护措施而划分的防护区域。3.11雷击电磁脉冲lightning electromagnetic impulse,LEMP作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的电磁效应。绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电过电压或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辎射干扰。○：N上3.12电磁兼容性electromagnetic compatibility,EMC设备或系统具有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。3.13电诵保护器surge protective device,SPD具有非线性特点的，用以限制瞬态过电压和引导电涌电流的一种防护器具。3.14电压开关型SPD voltage switching type SPD开关型SPD在无电涌出现时呈高阻值；当电涌出现且冲击电压达到一定值（点火电压）时，其电阻突然下降变为低值。通常采用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双向可控硅元件做为开关型SPD的组件。3.15电压限制型SPD voltage limiting type SPD箝压型SPD在无电涌出现时呈高阻值，随着电涌电流和冲击电压的增加，其电阻跟着连续变小。通常采用压敏电阻，抑制二极管做为箝压型SPD的组件。3.16混合型SPD combination type SPD由开关型和箝压型组件组合而成，可以显示为电压开关型或电压限制型或这二者均有的特性，这决定于所加电压的特性。3.17电磁屏蔽electromagnetic shielding用金属材料减少交变电磁场向指定区域穿透的屏蔽。3.18等电位连接equipotential bonding将分开的设备各导电部分用等电位连接带、等电位连接导体或SPD连接起来以减少设备之间或设备与其他金属体之间的电位差。这些等电位连接导体可组成等电位连接网络。3.19等电位连接网络bonding network2興尚理筑素前网Z..E1
QX3-2000由一个系统的诸外露导电部分做等电位连接的导体所组成的网络。3.20共用接地系统common earthing system将防雷装置(LPS)、筑物主要金属构件、低压配电保护线(PE线)、设备保护接地、屏蔽体接地、防静电接地和信息设备逻辑地等相互连接到一个或多个导通的接地装置的金属装置。3.21接地基准点earthing reference point,ERP共用接地系统与一系统的等电位连接网络之间唯一的那一连接点。3.22单位能量specific energy一闪击时间内雷电流平方对时间的积分。它代表雷电流在一单位电阻上所产生的能量。3.23等电位连接带bonding bar将金属装置、外来导电物、电力线路、通信线路及其他电缆连于其上以能与防雷装置做等电位连接的金属带。3.24等电位连接导体bonding conductor将分开的装置诸部分互相连接以使它们之间电位相等的导体。4防护原则4.1在进行防雷设计时，应认真调查地理、地质、气象、环境等条件和雷电活动规律并根据信息系统的性能特点等因素，进行全面规划，综合防治。42气象信息系统的雷击电磁脉冲防护，宜采用雷击风险评估方法，考虑环境因素、系统设备的重要性以及发生雷击灾害后果的严重程度，将信息系统雷击电磁脉冲的防护分为四级，分别采用相应的防护措施。雷击风险评估方法见附录AC标准的附录)。可，17，I7C个二T4.3气象信息系统所在（构）筑物均应按GB50057要求安装外部防雷装置。当一个信息系统设在不需要防直击雷的筑物内时，即按GB50057规定不属于任一类防雷筑物时，如需防雷击电磁脉冲时，该筑物宜按GB50057一1994中规定的第三类防雷筑物采取防直击雷措施。44气象信息系统雷击电磁脉冲的防护技术应采用接闪、分流、屏蔽、等电位连接（含共用接地）、合理布线、过电压和过电流电涌防护等措施进行综合防护。4.5防雷装置应符合国务院气象主管机构规定的使用要求。5雷电防护区的划分5.1雷电防护区划分的原则按电磁兼容的原理把信息系统所在筑物或构筑物按需要保护的空间由外到内分为不同的雷电防护区(LPZ),以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲的强度，可采取相应的防护措施。5.2雷电防护区(LPZ)可分为：一直击雷非防护区(LPZ0):本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。一直击雷防护区(LPZ0):本区内的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应不可能遭到大于所选滚球半径的雷电流直接雷击；但本区内电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。一第一屏蔽防护区(LPZ1):本区内的各类物体不可能遭受直接雷击，流经各类导体的雷电流已经分流，比LPZ0区进一步减小：且由于筑物的屏蔽措施，本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减。一第二屏蔽防护区(LPZ2):为进一步减小所导引的电流或电磁场而增设的后续防护区。一第三屏蔽防护区(LPZ3):需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续3興尚理筑素前网Z.ZC.ET
Qx3-2000防护区。5.3将一座内置信系统的（构）筑物划分为几个雷电防护区的示意图见图1。LPZOA区LPZ0B区LPZ1区琴LPZ2区由LPZ3区LPZ0A区设备间LPS变压器LPz0m区、LPZ1区线域、管道T配电线境埋地引入回典满嘉在松风，?一起屏蔽作用的筑物外境，房间或其他屏蔽体，LPS一外部防雷装置；虚线一按滚球法计算LPS接闪器的保护范围：氏和丫一天线：~一交流配电屏（室）图1雷电防护区划分和做符合要求的等电位连接的示例6等电位连接和共用接地6.1将分开的导电装置用等电位连接导体或电涌保护器连接，以减少信息系统设备所在筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的筑物内所有金属构件的多重连接立一个三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。为方便等电位连接施工，应在一些合适的地方预埋等电位连结预留件。方法如图2所示。62进人信息系统所在筑物的各类水管、采暖和空调管道等金属管道和电缆的金属外层在进人筑物处应做等电位连接，燃气管道入户后应在法兰盘连接处插入一块绝缘板，并在绝缘板两端用开关型SPD连接后，户内金属管道可参加等电位连接，并与筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，按GB50054的要求做总等电位连接之后，接向总等电位连接带，可靠连通接地。6.3当电源采用TN系统时，从筑物内总配电盘开始引进的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。如已采用TN-C系统供电，中性线(N)与保护线(PE)除在变压器处可以共同接地外，入户后应严格分开，可通过加装SPD将TN-C系统改造为TN-C-S系统。4理罚素前网Z.Z心.ET
QX3-2000屋顶上的金属物屋顶上的设备接闪器LPZOA区LPZ0区LPZ0区LPZ1区LPZ1?LP22区LPZ0区有屏蔽的小室LPZ1区LPZ1区等电位连接预留件上一摄像机LPZ2区金属立面混凝土中的锅筋LPZ1区地面高度敏感的钢筋典LP21区变电所通信线路LPZ2区0.4kV电源10kV电源穿电窥的金属管停车场0.4kV电源一等电位连接一电福保护器(SPD)基础接地体图2对一内置信息系统的筑物划分雷电防护区，进行屏蔽、等电位连接和接地的示例6.4在筑物入户处，即LPZ0与LPZ1区交界处进行总等电位连接后，在后续的雷电防护区交界处应按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主体应包含信息系统设备本身（含外露可导电部分)、PE线、信号线缆和防静电金属地板等。6.5在设有信息系统设备的室内应敷设等电位连接带，机柜、电气和电子设备的外壳和机架、计算机直流地（逻辑地）、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、交流地和对供电系统的相线、中性线进行电涌保护的SPD接地端等均应以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。连接的基本方法应采用网型(M)结构或星型(S)结构。网型结构的环型等电位连接带应每隔5m经筑物墙内钢筋、金属立面与接地系统连结。其原则构成如图3中所示。興尚理筑素前阀Z..ET
QX3-2000(LPZ0区)dPE)Ⅱ级L,Ni(LPZ1区)PEL.Na一防雷装置的接闪器以及可能是筑物空间屏蔽的一部分（如金属屋顶）：b一防雷装置的引下线以及可能是筑物空间屏蔽的一部分（如金属立面，境内钢筋）：工?一防雷装置的接地装置（接地体网络、共用接地体网络）以及可能是筑物空间屏蔽的一部分（基础内钢筋和基础接地体)；d一内部导电物体，在筑物内及其上的金属装置（不包括电气装置），如电梯轨道，吊车，金属地面，金属门框架，各种服务性设施的金属管道，金属电缆桥架，地面、墙和天花板的钢筋：e一（局部）信息系统的金属组件，如箱体、壳体、机架；「一代表局部等电位连接带（单点连接）的接地基准点(ERP):g一（局部）信息系统的网形等电位连接结构；h一（局部）信息系统的星形等电位连接结构：i一固定安装的I级设备（引入PE线）和I级设备（不引人PE线）：等电位连接带：k一主要供电力线路和电力设备等电位连接用的总接地端（总接地带、总接地母线、总等电位连接带）。也可用作共用等电位连接带：1一主要供信息线路和信息设备等电位连接用的等电位连接带（环形等电位连接带、水平等电位连接导体，在特定情况下，采用金属板)。也可用作共用等电位连接带。用接地线多次接到接地系统上做等电位连接（典型值为每隔5m连一次)：m一局部等电位连接带：1一等电位连接导体，2一接地导体，3一服务性设施的金属管道，4一信息线路或电缆，5一电力线路或电缆；*一进入LPZ1区处，用于外来服务性设施的等电位连接（管道、电力和通信线路或电缆）图3接地、等电位连接和共用接地系统的构成66当采用S型等电位连接网络时，信息系统的所有金属组件除在接地基准点，即ERP处连接外，均应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘（大于10kV,1.2/504s)。当采用M型等电位连接网络时，信息系统的所有金属组件不应与共用接地系统绝缘，可以通过多点连接组合到共用接地系统中。在复杂的信息系统中，可以将S和M组合在一起。6.7实现等电位连接的导体，其材料与最小截面要求见表1，铜或镀锌钢质等电位连接带的最小截面6理筑素前阀Z.ZC.ET
Qx3-2000应不小于50mm2。6,8宜利用筑物的基础钢筋地网作为共用接地系统。如筑物没有基础钢筋地网，宜在筑物四周埋设人工垂直接地体和水平环型接地体。接地体的冲击接地电阻不宜大于4Ω。6,9原则上应在各雷电防护区界面处做等电位连接，但由于工艺要求或其他原因，被保护设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近，在这种情况下，当线路能承受可能发生的电涌电压时，电涌保护器可安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位连接。表1连接等电位连接带或将其连接到接地设备的导体的最小截面不同部位总等电位连接处局部等电位连接处截面材料(LPZ0a与LPZ1交界处)(LPZ1与LPZ2交界处及以下交界处)铜材16 mm26 mm2铝材25mm210mm2钢材50mm216mm27屏蔽措施和线缆敷设7.1屏蔽是诚少电磁干扰的基本措施。为减少感应效应宜采取以下措施：外部屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽。这些措施宜联合使用。为改进电磁环境，所有与筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并与防雷装置相连。如屋顶金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架。例子见图2。在需要保护的空间内，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端并宜在雷电防护区交界处做等电位连接。当信息系统要求只在端做等电位连接时，可将屏蔽电缆穿金属管引入，金属管在一端做等电位连接。学可主儿子个小为..N二在分开的各筑物之间的电缆应敷设在金属管道内，如敷设在金属管、金属格栅或钢筋成格栅形的混凝土管道内，这些金属物从一端到另一端应是导电贯通的，并连到各分开的筑物的等电位连接带上。电缆屏蔽层应连到这些带上。当电缆屏蔽层能荷载可预见的雷电流时，该电缆可不敷设在金属管道内。7.2实践中筑物或房间的大空间屏蔽是由金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋这些自然构件组成的。这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽。穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连接。当对屏蔽效率未做试验和理论研究时，磁场强度的衰减应按下列方法计算。)在雷闪击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下（见图4），当无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度Ho,相当于处在LPZ0区内的磁场强度，应按式(1)计算：H。=io/(2πS.)…(1)式中：i。一雷电流(A),按附录B(标准的附录)的表B1和表B2选取；S,一雷击点与屏蔽空间之间的平均距离，m。H。—LPZ0区磁场强度，A/m。当有屏蔽时，即在格栅形大空间屏蔽内，此空间看作是LPZ1区，磁场强度从H。减为H:,其值应按式(2)计算：H1=H。/10F/20………(2）式中：SF一屏蔽系数(dB),按表2的公式计算。表2的计算值仅对在LPZ1区内距屏蔽层有一安全距离ds1的安全空间Vs内才有效（见图5），ds1应按式(3)计算：ds1=w·SF/10……………(3）式中：w一格栅形屏蔽的网格宽，m。7興尚理筑素前网Z.Z0.ET
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