國家與國際防雷標準和技術(shù)
一、引言
1998年 10月 14日是第 29屆世界標準日,國際標準化組織 ISO主席、IEC主席和 ITU秘書長發(fā)表了題為《標準在日常生活中》的祝詞。祝詞指出:標準是一種“基準”,它給人們提供一個事物判別的準則,質(zhì)量測量的依據(jù)和兼容及互聯(lián)的保障。標準的目的在于幫助和服務(wù)于社會,幫助人們享受和利用環(huán)境而不破壞環(huán)境;幫助人們塑造生活而不是把生活搞的沒有頭緒;幫助人們安全的生活而不致遇到危險;幫助人們掌握先進科學(xué)的方法而不落后于社會;幫助人們學(xué)會用法律來保護自己的合法權(quán)益而不被輕易損害。
世界三大標準化組織均在致力于國際標準化工作。IEC(國際電工委員會)在其所頒布的標準前言部分均宣稱:為促進國際上的統(tǒng)一,各IEC國家委員會應(yīng)盡最大可能地將IEC標準作為他們的標準,對國家標準與IEC相應(yīng)標準中的任何分歧,應(yīng)在該國家標準中明確指出?!吨腥A人民共和國標準化法》規(guī)定?!皣夜膭畈捎脟H標準和國外先進標準”。國家經(jīng)委、計委、科委和技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)出《關(guān)于推進采用國際標準和國外先進標準的若干規(guī)定》(1993年532號文)更明確指出:“采用國際標準和國外先進標準是我國一項重大的技術(shù)經(jīng)濟政策,是促進技術(shù)進步,提高產(chǎn)品質(zhì)量,擴大對外開放,加速與國際慣例接軌,發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟的重要措施?!?nbsp;
標準來自實踐和科學(xué)研究,是千百萬科技工作者智慧的結(jié)晶,隨著技術(shù)的進步,標準也在不斷地修改和更新。在IEC標準中均有如下說明:本標準出版時的版本是有效的,鼓勵采用標準文件的最新版本。我國國家標準也常用下達“修訂單”的形式進行標準修改,或在新標準頒布的通知中說明原標準的作廢。采用和推廣國際標準是世界上一項重要的廉價技術(shù)轉(zhuǎn)讓。目前世界上含我國在內(nèi)的大多數(shù)國家,均采用等效使用的原則,大量使用國際標準,促進本國技術(shù)進步。
二、國際防雷技術(shù)標準框架
防雷技術(shù)標準的編制工作主要由 IEC和 ITU(國際電信聯(lián)盟,過去稱為CCITT)進行,根據(jù)協(xié)議IEC與ISO緊密協(xié)作。各國電工委員會(IEC國家委員會)參加 IEC關(guān)于電氣和電子領(lǐng)域標準化的國際合作,并履行義務(wù),將 IEC標準等效(eqv)或等同(idt)采用為該國國家標準。
最早的國際防雷技術(shù)標準工作是由 IEC/TC81(第81技術(shù)委員會──防雷)在1980年開始進行的,最初的目標是制定建筑物防雷標準和指南。中國是25個P成員(Participating members),屬積極參加工作,承擔(dān)對標準草案投票表決的義務(wù),盡可能參加會議的國家。林維勇先生作為中國代表參加了1992年會議,目前正參加對IEC1024-l的修訂工作。
隨著電子設(shè)備遭受雷電過電壓(標準中又常稱大氣過電壓)和投切過電壓(電網(wǎng)的投入或切除,又稱操作過電壓)的損失日趨嚴重,經(jīng)IEC中央辦公室協(xié)調(diào),部分 TCSI專家加入 IEC其他有關(guān)委員會工作,而其他委員會專家又應(yīng)邀加入TCSI委員會工作,使各學(xué)科技術(shù)得以相互滲透,由于工作量的側(cè)重不同,在防雷技術(shù)標準的頌布上,由除TC81外,相關(guān)的尚有TC64、TC37、TC77頒布的建筑物電氣裝置、過電壓保護裝置、電磁兼容(EMC)等有關(guān)標準。 ITU和CIGRE(國際大電網(wǎng)會議)也分別從電信行業(yè),供電系統(tǒng)行業(yè)特點,頒布涉及到本行業(yè)的防雷技術(shù)標準,其原則是在與IEC標準不矛盾的情況下制定更具體可行的技術(shù)標準。
在國際標準化組織卓有成效的組織下,各國專家得以充分發(fā)揮,自1990年 IECI 0241頒布后,出臺了大量防雷技術(shù)標準,且有許多草案在討論中,為解決飛速發(fā)展的電子技術(shù)與相對滯后的防護技術(shù)這一突出矛盾的中國現(xiàn)實提供了廉價的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
三、關(guān)于中華人民共和國(國家)標準的說明
國家標準分為強制性(GB)和非強制性(GB/T)又稱自愿性或推薦性,由設(shè)計單位自愿選用。
除國家標準外,尚有行業(yè)標準(電力標準DL,郵電標準DY,鐵道標準TB等)。行業(yè)標準也有自愿性標準,如TB/T。此外,尚有地方標準DB、工程標準化協(xié)會標準CECS等。
我國的建筑物防雷標準最早為GBJ57-83。1994年11月由起草人林維勇先生按IEC 1024-1進行了修訂,即GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》。在《規(guī)范匯編》中許多行業(yè)、系統(tǒng)的直擊雷防護技術(shù)標準均源自GBJ57-83或GB50057-94。從現(xiàn)在的觀點看GB50057-94是符合IEC1024-l的原則的,但有些規(guī)定已落后了。林維勇先生在一封來信中寫到:“分開接地不是方向。下次修訂防雷規(guī)范時,可能會將分開接地的內(nèi)容(除第一類防雷建筑物的獨立避雷針,架空避雷線外)刪去。因等電位連接(包括50Hz人身安全)將是首選措施。它的作用和意義正逐漸為人們所接受?!?nbsp;
1996年10月29日,一批在京的專家開會發(fā)出呼吁:“只要正確遵循防雷設(shè)計規(guī)范的各個環(huán)節(jié),就可以大大減少雷電災(zāi)害。把雷擊造成的損失限制到可以接受的程度。 IEC/TCSI正在編制防雷電磁脈沖(LEMP)的一系列標準,其中對敏感電子裝置的防護占有相當(dāng)?shù)臈l款,1995年已正式出版第一部分通則( IECI312- l)。我國應(yīng)給予足夠的關(guān)注并制定相應(yīng)的規(guī)范或參照執(zhí)行。”
1998年國家計委批準中國氣象局科研項目“氣象臺站現(xiàn)代防雷技術(shù)的研究”,其中一項為“防雷技術(shù)標準”的制定,這項工作預(yù)計今年(1999年,編者注)10月全面完成。同時,與公安部聯(lián)合編制的《計算機信息系統(tǒng)雷電防護技術(shù)規(guī)范》草稿已完成,正在征求意見階段。這Th個標準可能是我國國內(nèi)首次參照IEC標準綜合制定的系統(tǒng)防雷標準,相信一定會起到積極的作用。
四、國際防雷標準簡介
1.直擊雷的防護(外部防雷)
IEC1024-1:在1990年這是第一個國際防雷標準,它適用于高度60m及以下建筑物防雷裝置的設(shè)計和安裝,不適用于鐵路系統(tǒng)、建筑物外的輸變電系統(tǒng)和輸電訊系統(tǒng)以及移動的船舶、車輛和飛機。
標準中第一句話是;“防雷裝置不能阻止雷閃的形成”。林維勇老師最近參加 IEC/TC81標準修改時看到這句話進行了如下修改:“應(yīng)該注意到,到目前為止還沒有一種裝置(或方法)能阻止雷電的產(chǎn)生,也沒有能阻止雷擊到建筑物上的器具和方法。采用金屬材料接閃、引下并導(dǎo)入大地是目前唯一有效的外部防雷方法?!?nbsp;
在GB50057-94中,大量引用IEC的術(shù)語和定義,如防雷裝置在IEC中為“用于對需要防雷的空間作防雷電效應(yīng)的整個裝置,它由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成”。“外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成”?!皟?nèi)部防雷裝置是除外部防雷裝置以外的全部附加措施。它們可能減小雷電流在需要防雷的空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)”。GB50057-94名詞解釋是:“防雷裝置:接閃器、引下線、接地裝置,過電壓保護器及其它連接導(dǎo)體的總合?!闭堊⒁釯EC在此提出了外部防雷與內(nèi)部防雷的概念,外部防雷就是應(yīng)用外部防雷裝置(接閃器、引下線、接地裝置或兼而有之的法拉第籠)吸引雷電并盡快和暢通無阻的將雷電流引入地中安全泄放。馬宏達老師分析認為:防雷如同防洪,其原理是為雷電脈沖電流提供一條低阻抗的通道(注:外部防雷),同時防止通過磁場和電場對設(shè)備的干擾(注:內(nèi)部防雷)。對半導(dǎo)體消雷器之爭焦點首先在于其是否能阻止雷閃的形成(所謂“消雷”功能),其次在于利用非金屬材料接閃(如碳素纖維外涂漆物,或如優(yōu)化避雷針使用玻璃鋼管內(nèi)置食鹽水等高阻液體)在接閃器與引下線之間串上35KΩ的“限流”物,是否會產(chǎn)生積極的作用,對照IEC標準說明的原理,應(yīng)該是非常明白的了,迄今為止IEC的標準中未對任何非常規(guī)接閃器給予肯定。在國外只有法國、西班牙和南斯拉夫分別批準了E.S.E(具有提前放電功能的避雷針)標準,但在1992年和1995年IEC/TC81會議上,都沒有作出明確的決定,既不否定,也不肯定,只是呼吁各國科學(xué)家對這類避雷裝置作更深入的研究。
我們可從IEC1024系列標準的標題上得知,目前已頒布和尚屬草案的1024-l、2、3和1-1、l-2都是外部防雷標準,但均與內(nèi)部防雷關(guān)聯(lián)。如1998年5月頒布的IEC1024-1-2附錄B的標題為:“內(nèi)部裝置中抗感應(yīng)電流影響的防護”。內(nèi)容涉及到除外部防雷裝置之外的線路屏蔽,適合的內(nèi)部線纜布線路徑和內(nèi)部電氣與通信裝置的定位。同時示例說明一個建筑物上一次雷擊造成的電壓和能量的估算方法。IEC1024-2對高于60m的建筑物提出了防雷的附加條件,IEC1024-3對易燃易爆場所提出了附加條件。
IEC外部防雷標準給人總的感覺是比較細,有些國外標準如美國防火協(xié)會(NFPA780:1992)的“雷電防護規(guī)程”,英國標準(BS6651;1992)的“構(gòu)筑物避雷的實用規(guī)程”,日本工業(yè)標準J15(JISA4201-1992)“構(gòu)筑物等的避雷設(shè)備”也同樣細致的對船舶、風(fēng)力發(fā)電站、體育場、大帳篷、樹木、橋梁、停泊的飛機、儲罐、海濱游樂場、碼頭乃至露天家畜養(yǎng)殖場的外部防雷做出規(guī)定。特別要提出的是,一些標準對石頭山地的接地裝置在很難達到規(guī)定的低阻值時做出這樣的規(guī)定:在地面平鋪環(huán)型扁鋼,并與被保護物的引下線在四個方向連接,環(huán)型地的半徑不應(yīng)小于5m,這種等電位連接方式同樣能起作用。
關(guān)于外部防雷國家標準和國外標準一致認為:外部防雷的標準是建立在對雷電的統(tǒng)計規(guī)律上的,是在絕對保護與防雷裝置耗費之間取的折衷方案。也正是GB50057-94中所講的:“按照本規(guī)范設(shè)計的防雷裝置的防雷安全度不是100%”。今年1月林維勇老師在寫給我的一封信中介紹了修改GBJ57-83為GB50057-94過程中的一件事:采用滾球法后,保護范圍比過去小很多,因此需增加避雷針和架空線的高度或數(shù)量,一些單位,特別是那些經(jīng)常采用獨立避雷針和架空線的單位有意見,最后只能將IEC規(guī)定的滾球半徑加大,一類由20m加大到30m,二類由30m加大到45m,這也是一種妥協(xié)或折衷。
2.雷擊電磁脈沖的防護(內(nèi)部防雷)
IEC61312系列目前正式頒布的有1312-l通則:1995年。這個通則介紹了內(nèi)部防雷的原則,同時對1992年版1024-1-l公布的雷電流參數(shù)確認和給出雷電波形圖。分析和研究雷電流參數(shù)是雷擊電磁脈沖(LEMP)防護的基礎(chǔ)。
1998年3月IEC61312-2的投票稿“建筑物的屏蔽、內(nèi)部等電位連接及接地”交各國IEC委員會投票,其截止時間為1998年8月31日,很快便可頒布施行。這項標準對建筑物的屏蔽計算、等電位連接網(wǎng)絡(luò)和共用接地做出了詳細的規(guī)定。最近西安交大葉佩生教授主編的《計算機機房環(huán)境技術(shù)》一書出版,在第六、七章大量引用了IEC標準,而第八章“計算機機房屏蔽技術(shù)”由于定稿時尚未拿到我們(廣東省防雷中心和華云克雷公司)對IEC61312-2新版的譯稿,內(nèi)容有些單薄,請大家學(xué)習(xí)時注意。