说明：

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IEC62305-1.Ed.1                              81/216/CDV

雷电防护

第1部分：总 则

IEC: Protection Against Lightning

Part1:General principles

目  录

前言…………………………………………………………………………………………………3

简介…………………………………………………………………………………………………4

1.       范围和目标………………………………………………………………………………….…5

2.       规范性参考文件…………………………………………………………………………….…5

3.       术语和定义………………………………………………………………………………….…5

4.       雷击电流参数………………………………………………………………………….……..11

5.       雷电的损害…………………………………………………………………………….……..11

5.1    对建筑物的损害

5.2    对公共设施的损害

5.3    损失类型

6.       对防雷的需求和经济利益…………………………………………………………….……..14

6.1    雷电防护需求

6.2    雷电防护的经济利益

7.       防护措施…………………………………………………………….………………………..14

7.1    减少接触和跨步电压对活体损害的防护措施

7.2  减少物质损害的防护措施

7.3    减少电气和电子系统失效的防护措施

7.4    防护措施选择

8.    对建筑物和公共设施防护的基本准则…………………………… ……………………….16

8.1   雷电防护等级（LPL）

       8.2   雷电防护区（LPZ）

       8.3   建筑物防护

附录A（资料性）雷击电流参数…………………………………………………………….….25

附录B（资料性）供分析用的雷击电流的时间函数……………………………………….….34

附录C（规范性）供试验用的雷击电流的模拟………………………………………….…….38

附录D（规范性）对LPS部件受雷电影响的模拟及其试验参数……………………….…….42

前  言

1)  IEC（国际电工委员会）是世界性标准化组织，其所有成员为国家电工委员会。它致力于促进在电气和电子领域内所有关于标准化问题的国际合作。为着本目标及其它相关活动，IEC发行公布国际标准。前期工作委托给技术委员会；任何IEC组成成员如对该问题感兴趣，可参与准备工作。与IEC有交往的国际性的、政府间的、以及民间组织也可参与该工作。IEC与ISO在两组织已达成的协议条件下保持着密切合作。

2） IEC关于技术问题的正式决定或协议，尽可能地表述为相关的国际公认标准。因每一技术委员会拥有来自代表各国利益的各国委员会的代表。

3） 为方便国际间合作，产生的文件以各国委员会易接受的形式印发，如：标准、技术规格、技术报告或指南形式等。

4） 为促进国际间的统一化，IEC成员致力于在其各自国家和地区最大可能地应用IEC国际标准。IEC标准和对应的国家或地区标准的任何分歧均在后面清晰指明。

5） IEC不提供声明同意等程序，不对任何声称符合其某一标准的设备负责。

6） 本国际标准的一些要件可能为某一专利权所属，此点需注意。对此类专利的确认，IEC不负任何责任。

国际标准IEC 62305-1 由IEC技术委员会81的分委会WG8起草。

此标准的正文基于下列文件：

关于表决通过此标准的全部信息在上表的表决报告可找到。

此公布是根据ISO／IEC指示第3部分起草的。

委员会决定此公布的内容将不作变更直至_____。届时，此公示将

·重新确认；

·撤销；

·由修订版代替；

·修正。

简 介

雷电是自然的天气现象且尚无用装置和其他方法能阻止雷击放电。雷电闪击打到建筑物或公共设施上，进入建筑物，或袭击到地面损害人身和建筑物，损害建筑物内部的装备和公共设施，因此必须考虑到雷电防护。

为防护需要，在风险管理项目中对雷电防护措施的安装和选择足够的保护措施及其经济利益上的考虑都是必要的。风险管理方法见IEC62305-2。

雷电防护措施的设计、安装和维护的准则分三个部分考虑：

第一部分为减少在建筑物内物体损坏和人身伤害的防护措施，见IEC62305-3；

第二部分为减少在建筑物内电器和电子系统失效的防护措施，见IEC62305-4；

第三部分为减少进入建筑物内的公共设施的失效（主要是电气和通信线缆）的防护措施，见IEC62305-5。

雷电防护

第一部分：通 则

1 范围和目标

       本部分对下列雷电防护提供了相关依据：

·建筑物包括其中的装备和设备，也包括人身；

·进入建筑物的公共设施。

       下列案例不包括在本标准的目标之内：

·铁路设施；

·车辆、船只、飞行器、海岸设施；

·地下高压管道。

注：通常上列系统由特定当局制订的专用规则控制。

2 规范性参考文件

       下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本国际标准的条款。凡是注明日期的引用文件，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，鼓励根据本国际标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。IEC和ISO的成员对国际标准的当前有效性维持其注册状态。

       IEC 60364系列：建筑物的电气安装；

       IEC 60479系列：电流对人和牲畜的影响；

       IEC 61643-1-1998年版：接在低压配电系统上的浪涌保护器；

              第一部分：性能、要求和试验方法；

       IEC 61643-12-2002年版：接在低压配电系统上的浪涌保护器；

              第二部分：选择和应用原则；

       IEC 62305系列：雷电防护。

3 术语和定义

为达到本标准的目的，应使用下列定义。

3.1 对地的雷击闪电  Lightning flash to earth

       在云和地表面之间源于大气的放电，它包括一次或多次闪击。

3.2 下击闪电  Downward flash

       在云和地表面之间由于向下引导发生的雷击。一个下击闪电含有一个首次短冲击，可随后发生后续短冲击，在一个长冲击之后可能随有一个或多个短冲击。

3.3 上击闪电  Upward flash

       在云和地表面之间由于向上引导发生的雷击。一个上击闪电含有伴随多个叠置短冲击或无叠置短冲击的一个长冲击，之后可能随有一个或多个短冲击。

3.4 雷电冲击  Lightning stroke

       对地雷击闪电中的单个放电。

3.5 短冲击  Short stroke

       在雷击闪电中对应一个脉冲电流的部分。此电流的半值时间T2典型地为小于2ms（参见图A1）。

3.6 长冲击  Long stroke

在雷击闪电中对应一个持续电流的部分。此持续电流的维持时间Tlong（从前段达10％数值至尾迹为10％数值的时间）典型地为大于2ms且小于1s（参见图A.2）。

3.7 多次冲击  Multiple strokes

雷击闪电持续平均为3～4次冲击，典型的时间间隔为50ms（偶然地可达数十次冲击，其中时间间隔据已有报告可从10ms至250ms）。

3.8雷击点  Point of strike

雷击点为雷击闪电落在地表面或某个坐落目标上（例如建筑物、LPS、公共设施、树等）。

3.9 雷击电流（i）  Lightning current(i)

       流过雷击点的电流。

3.10峰值电流（l）  Peak value(l)

       雷击电流的最大值。

3.11短冲击电流的平均陡度  Average steepness of the short stroke current

       在t2-t1，时间间隔内电流变化的平均速率。它以电流开始到电流结束的时间间隔内i(t2)-i(t1)的差值除以t2-t1来表示（参见图A.1）。

3.12短冲击电流的波头时间（T1）  Front time of short stroke current(T1)

       它是一个虚拟参数，由电流从峰值的10％到90％之间的时间间隔乘以1.25所定义（参见图A.1）。

3.13短冲击电流的虚拟原点（O1）  Virtual origin of short stroke current(O1)

       冲击电流前段连接10％和90％两个参考点的直线在时间轴上截交的点（参见图A.1）；它早于电流达到其峰值的10％的0.1T1点。

3.14短冲击电流的半值时间（T2）  Time to half value of short stroke current(T2)

       它是一个虚拟参数，由电流从虚拟原点O1起至电流回降至峰值一半的时间间隔所定义（参见图A.1）。

3.15闪击持续时间（T）  Flash duration(T)

雷击电流流经雷击点的时间。

3.16长冲击电流持续时间（Tlong）  Duration of long stroke current(Tlong)

对长冲击电流从上升到峰值的10％至下降到峰值的10％之间的电流持续时间（参见图A.2）。

3.17闪击充电（Qflash）  Flash charge(Qflash)

       在整个雷击闪电过程中雷击电流对时间的积分。

3.18短冲击充电（Qshort）  Short stroke charge(Qshort)

       在一个短冲击中雷击电流对时间的积分。

3.19长冲击充电（Qlong）  Long stroke charge(Qlong)

在一个长冲击中雷击电流对时间的积分。

3.20比能（W/R）  Specific energy(W/R)

       在整个雷击闪电过程雷击电流的平方对时间的积分；它表示雷击电流在一个单位电阻上能量的耗损。

3.21短冲击电流的比能  Specific energy of short stroke current

       在短冲击过程内雷击电流的平方对时间的积分。

注：对一个长冲击电流，其能量比可以忽略。

3.22保护目标  Object to be protected

       防止受雷击影响的建筑物或公共设施。

3.23保护建筑物  Structure to be protected

       按照本标准防止受雷击影响需要保护的建筑物。

注：受保护的建筑物可以是大建筑物的一部分。

3.24保护公共设施  Service to be protected

       按照本标准防止受雷击影响需要保护的公共设施。

注：电力和通信线缆是最易受雷击影响的入户公共设施。

3.25目标受击  Lightning to an object

对一个被保护目标的雷电袭击。

3.26目标附近受击  Lightning flash near an object

       对一个被保护目标的附近受雷电袭击，可能损坏其电气和电子系统。

3.27电气系统  Electrical system

一个由低压电源供给的部件，并也可能有电子部件结合的系统。

3.28电子系统  Electronic system

一个由敏感性电子部件结合的系统，例如通信设备、计算机、控制和仪表系统、无线电系统、电子电源装备。

3.29内部系统  Internal system

一个建筑物内的电气和电子系统。

3.30实体损害  Physical damage

       受雷击后，建筑物损坏或其内部物体由于机械的、热力的、化学的和爆炸影响而损伤。

3.31活体伤害  Injuries of living beings

       由于雷击形成人或动物的接触或跨步电压而伤害，包括死亡。

3.32电器和电子系统的失效  Failure of electrical and electronic system

由于雷击的电磁效应造成电气和电子系统的永久性损坏。

3.33雷击电磁脉冲（LEMP）  Lightning electromagnetic impulse(LEMP)

雷击电流的电磁效应。

注：它包括电气和电子的设备中形成的浪涌和直接对设备本身的磁场效应。

3.34雷击防护区（LPZ）  Lightning Protection Zone(LPZ)

由雷击电磁环境定义的区域。

3.35风险  Risk

       由于雷击可能造成（人身和货物）的年损失相对于被保护目标（人身和货物）的总值之比。

3.36风险容差（RT）  Tolerable risk(RT)

       对被保护目标风险可容许偏离的最大值。

3.37雷击防护等级（LPL）  Lightning protection level(LPL)

对雷击造成的损伤用一组雷击电流参数值作定义去划分。

注：雷击防护等级是用相关雷击电流参数去设计防护措施的。

3.38防护措施  Protection measures

       为减少受保护目标的风险而采取的措施。

3.39雷击防护系统（LPS）  Lightning Protection System(LPS)

       为减少雷电闪击对建筑物的实体损害所用的整个系统，它也包括建筑物外部和内部的防护系统。

3.40外部的雷电防护系统  External lightning protection system

LPS的一部分，它含有一个接闪器、一个引下线和一个接地系统。

注：这些部分典型都在建筑物外部。

3.41内部的雷电防护系统  Internal lightning protection system

LPS的一部分，它是指受保护建筑物内的雷电等电位连接和适当安全间隔。

3.42接闪器  Air-termination system

       外部的LPS的一部分，利用金属元件，例如杆、网格导体或吊线以截取雷击闪电。

3.43引下线  Down-conductor system

外部的LPS的一部分，用以将接闪器的雷击电流引导到接地系统。

3.44接地系统  Earth-termination system

       外部的LPS的一部分，用以将雷击电流引导并散布到地球。

3.45外部传导部件  External conductive parts

       进入或离开受保护建筑物的延伸金属导体，例如管系、金属缆、金属腔箱等，它们可能携带雷击电流的一部分。

3.46雷电等电位连接  Lightning equipotential bonding

         将分离的金属部件连接到LPS，这种直接的导电连接或通过浪涌保护器的连接使得雷击电流造成的电位差减少。

3.47屏蔽线缆  Shielding wire

为减少雷击闪电对公共设施的实体损害所用的金属线缆。

3.48磁屏蔽  Magnetic shield

       包覆在受保护目标或其一部分上的闭合的金属栅格或连续筛网，以减少其电器和电子系统的失效。

3.49浪涌保护器  Surge protective device(SPD)

       为限制瞬态过压并转移浪涌电流所用的器件，它至少含有一个非线性元件。

3.50浪涌保护器系统（SPD系统）  Surge protective devices system(SPD system)

         适当选择并装配起来的SPD的匹配组合，用以减少电器和电子系统的失效。

3.51可承受的额定脉冲电压  Rated impulse withstand voltage

由制造厂商对设备或其一部分指定的一个可承受的脉冲电压值，其作用为针对过压绝缘性耐受能力的规定（参见IEC60664-1的第1.3.9.2的定义）。

4 雷击电流参数

       在IEC62305系列中采用的雷击电流参数见附录A；

       用于分析目的的雷击电流的时间函数见附录B；

       为试验目的而模拟的雷击电流的信息见附录C；

       雷击对LPS部件影响的实验室模拟所用的基本参数见附录D。

5雷击的损害

5.1对建筑物的损害

       雷击对建筑物的损害可以导致建筑物自身的损坏和建筑物内居住的人员与物品的伤害，也包括内部系统的失效。这种损坏和失效可能扩展到建筑物周围，并且也可以影响到局部环境。扩展到何等程度尺度取决于建筑物的性质以及雷击闪电的性质。

5.1.1雷击对一个建筑物的影响

建筑物的主要特性与雷击影响的关系为：

结构（例如木、砖、混凝土、钢筋混凝土、钢架结构）；功能（住房、办公室、农庄、剧院、旅馆、学校、医院、博物馆、教堂、监狱、百货商店、银行、作坊、工厂、运动场馆）；居住者和物品（人员和动物、易燃品或非燃品的出现、爆炸品或非爆炸品的出现、耐受低压或高压的电气和电子系统）；

入户的公共设施（电力线缆、通信线缆、管道等）；

原有或可提供的防护措施（例如可以使物体损害和生命损害减少的防护措施，可以使内部系统减少失效的防护措施）；

损害扩展的规模（撤离很困难的建筑物或会引起恐慌的建筑物、引起周围危险的建筑物、危机环境的建筑物）。

5.1.2建筑物受损的原因和类型

       雷击电流是受损的原因，下列应该考虑到的情况取决于雷击点相对于建筑物的位置：

——S1：雷击建筑物

——S2：雷击建筑物的邻近区域

——S3：雷击进入建筑物的公共设施

——S4：雷击进入建筑物公共设施的邻近区域

—雷击建筑物能导致：

       立即的机械损害，由于雷击等离子弧自身热引起的火灾和/或爆炸，或者由雷击电流在导体上的阻值热（过热导体）引起的火灾和/或爆炸，或者由充电导致（在熔化金属里）电弧腐蚀；

       火花触发的火灾和/或爆炸，它是由于局部雷击电流通道上的电阻和电感耦合导致的过压所引起的；

       由于从电阻和电感耦合所引起的接触电压和跨步电压伤害了人身；

       由于雷击电磁脉冲（LEMP）使内部系统失效或工作失常。

—雷击建筑物的邻近区域能导致：

由于雷击电磁脉冲（LEMP）使内部系统失效或工作失常。

—雷击入户公共设施能导致：

       由火花触发的火灾和/或爆炸，它是由于雷击电流通过入户公共设施传进去所造成的；

       内部系统失效或工作失常，这是由于雷击电流使入户公共管线上出现过压进入建筑物引起的。

—雷击入户公共设施的邻近区域能导致：

       内部系统失效或工作失常，这是由于雷击电流使入户公共管道上感应生成过压进入建筑物引起的。

注1：内部系统失常不包括在IEC62305系列的文件中，应参考IEC-61000-4-5。

注2：只有雷击电流（总电流或部分电流）带来的火花有可能触发火灾。

注3：在管线上或其邻近区域的雷击，在提供了连接到建筑物上等电位连接带后，则不会造成建筑物的损毁。

       雷击可导致三种基本损害的类型：

——D1：由于接触和跨步电压伤害活体

——D2：由于雷击电流的影响，包括火花造成的实体损害（火灾、爆炸、机械毁损、化学释放）

——D3：由于雷击电磁脉冲（LEMP）使内部系统失效

5.2对公共设施的损害

       雷击影响到公共设施时，可以使公共设施实体损害——用以提供业务的线缆或管道，及其所连接的电气和电子设备。

       损害扩展的规模取决于业务性质，电气和电子系统的型式和伸展范围，以及雷击闪电的特性。

5.2.1公共设施受雷击的影响

       公共设施的主要特性与雷击影响的关系为：

结构（线路、顶置、地下、有屏蔽、无屏蔽、光纤、管道、金属、塑料）；

功能（通信线缆、电力线缆、管道）；

配套建筑（结构、内部设备、规模、本地化）；

原有或提供的防护措施（例如屏蔽线、SPD、线路余度、液体储存系统、发电机组、连续供电系统）。

5.2.2公共设施受损原因及其类型

雷击电流是受损的原因，下列应考虑到的情况取决于雷击点相对于公共设施的位置：

——S1：雷击供应业务的建筑物

——S3：雷击进入建筑物的公共设施

——S4：雷击入户公共设施的邻近区域

       雷击供应业务的建筑物能导致：

       局部雷击电流流入公共设施时，其导线和缆网上的阻性热使金属熔化；

       连接设备的电阻耦合使线路绝缘击穿；

       管接头上的非金属垫圈和绝缘接头上的胶垫被击破。

注1：光纤线缆无金属导体对公共设施的建筑物遭雷击时不受影响。

       雷击进入建筑物的公共设施能导致：

       由于雷击电流的电动应力或热效应使公共设施的线路或管道立即机械损毁（金属线、屏蔽或管道断路和/或熔化）；并由于雷电等离子弧自身的热使塑料护板击破；线路的电气损坏（绝缘击穿）和连接设备的电气损坏；顶置金属管道薄壁和接合盘中的非金属垫圈击破，然后，由于传输液体的性质又导致扩展成火灾或爆炸。

       雷击入户公共设施的邻近区域能导致：

       由于雷击电流的电感耦合（感应生成过压）使线路及其连接设备的绝缘体击穿。

注2：光纤线缆无金属导体邻近地面遭雷击时不受影响。

       雷击可导致三种基本类型的损害：

——D1：由于接触和跨步电压伤害活体

——D2：由于雷击热效应使物体损坏（火灾、爆炸、机械毁损、化学释放）

——D3：由于过压使电气和电子系统失效

5.3损失的类型

       对受保护目标的各种类型的损失可以单独或结合在一起产生不同的后果。损失类型的出现取决于目标自身的性质。

       针对本标准的目的考虑了如下的损失类型：

——L1：生命损失

——L2：公共设施的损失

——L3：文化遗产损失

——L4：经济损失（建筑物及其内部设施，业务活动上的损失）

       损失类型L1、L2、L3可视作社会损失，而损失类型L4可视作经济损失。

       对应于损失的原因，伤害和损失的类型列为表2a对建筑物，表2b对业务。

       从伤害类型形成的损失类型参见图1。

6对防雷的需求和经济利益

6.1防雷的需求

       对一个目标雷击防护的需求为保护其减少社会上的损失L1、L2和L3，并做出评估。

       为评估是否需要防雷，应根据IEC62305-2所含程序做出风险评定。

根据5.3节中的损失类型应考虑下列风险：

——R1：生命损失风险

——R2：公共设施的损失风险

——R3：文化遗产损失风险

       如果风险（R1 至R3）高于可承受风险RT，则有必要防雷。

在此情形下，应采取防雷措施，使得风险R（R1 至R3）减小到可承受风险RT。

如果对受保护目标，可能出现多于一种的损失类型，应对每种损失类型（L1、L2和L3）都能满足的条件。

雷击导致该项目损失的社会价值即可承受风险RT的值应由负责的国家机构来考虑。

注：有关风险评定和选用防雷措施的程序见IEC62305-2。

6.2防雷的经济效益

对目标的雷击防护除了其需求以外，对于减少经济损失L4防护措施所能提供的经济效益的评估也是有用的。

在此情形下，应评定风险R4的经济损失。对风险R4评定可以包括采用了防雷措施后经济损失中的成本，或未采用防雷措施的经济损失评定。

如果防雷措施作用后的剩余损失CRL及防雷措施的成本CPM之和小于没有防雷措施时的总损失成本CL，则其防雷是有利的：

注：防雷经济利益评估见IEC62305-2。

7防护措施

       为减少风险采用的防护措施应根据损害类型选择。

7.1减少接触和跨步电压对活体危害的防护措施

       可能的防护措施如下：

对外露导电部件适当的绝缘；

采用网格接地系统实现等电位化；

行动限制和警告提示。

注1：对建筑物内部和外部土壤的表面电阻加大可减少生命灾害。

注2：由于公共设施受到雷击造成的生命灾害可以不考虑。

7.2 减少实体损害的防护措施

可能的防护措施如下：

a) 对建筑物

雷击防护系统（LPS）

注1：当安装了LPS，等电位连接对减少火灾和爆炸危险和生命灾害是非常重要的措施。参见IEC62305-3。

注2：限制火情的发展和传播，例如防火仓室、灭火器、消防水栓、火警器配备、灭火装备等的供应可以减少实体损害。

注3：提供逃生路径能保护人员。

b）对公共设施

线缆屏蔽

注4：对地下电缆采用金属管道能提供保护。

7.3减少电气和电子系统失效的防护措施

可能的防护措施如下：

a) 对建筑物

       在进入建筑物的线缆和内部装备的进入点上的浪涌保护器（SPD）；

       建筑物和／或其中的装备和／或进入建筑物的线缆做磁屏蔽；

       建筑物内部线路的合理布线。

b）对公共设施

在公共设施和线缆端接处的浪涌保护器（SPD）；

注1：对地下电缆采用足够厚度的连续的金属屏蔽是非常有效的保护。

注2：多重线路、多重设备、自主电源、发电组、连续电源系统、液体存储系统、自动故障检测系统对公共设施减少损失是有效的防护措施。

注3：设备和电缆的绝缘体提高耐压能力对过压引起的失效是一种有效的防护措施。

7.4 防护措施的选择

       设计者和拥有者对防护措施最合适的选择应根据各种损害类型和数量，也根据各种防护措施的技术和经济性做出。

       在选择最合适的防护措施时对风险评估的准则参见IEC62305-2。

       防护措施在符合相应的标准要求，且能在安装场地经受住期望的承担能力的情况下才能有效。

8 建筑物和公共设施防护的基本准则

       对建筑物和公共设施的理想防护应将受保护目标封闭在一个完善导电的适当厚度的接地的连续的屏蔽体内，且公共设施进入建筑物的进入点处和屏蔽体之间应提供足够的等电位连接。因而能阻止雷击电流和有关电磁场穿透到受保护目标，并阻止电流的热效应和电动效应的损害，也阻止火花和过压对电气和电子系统的险情。

       实际上，防护只能达到接近理想状态，因为在实践中，建筑物和公共设施不可能完全封闭在连续的和／或足够厚度的屏蔽体中。

       屏蔽的不连续和／或厚度不够会使雷击电流穿透屏蔽而造成：

——实体损害和生命灾害；

——内部系统的失效；

——公共设施及其连接系统的失效。

       采用减少这些损害和有关的后继损失的防护措施应对所需保护定义一组雷击电流参数（参见雷电防护等级LPL）去设计。

8.1 雷电防护等级（LPL）

       按本标准的目的，引入四个雷电防护等级（Ⅰ至Ⅳ级）。

       对每一个LPL等级，固定一组雷击电流的最大和最小参数。

注1：最大和最小雷击电流超过LPLⅠ的本标准不做考虑。

注2：最大和最小雷击电流超过LPLⅠ的概率很小。

       对应于LPLⅠ的雷击电流最大值将不超过99％的概率。根据假设的极性比率（参见附录A.2）。由正电闪击的概率将低于10％，而由负电闪击的概率保留在低于1％以内（参见附录A.3）。

       雷击电流参数的最大值从对应于LPL-Ⅰ减少到75％为Ⅱ级，减小到50％为Ⅲ和Ⅳ级（雷击电流I、充电电荷Q和di/dt呈线性变化，而比能（W/R）呈二次变化）。时间参数都无不同。

       不同雷电防护等级（LPL）的雷击电流参数的最大值在表3中给出，用以设计防雷部件（例如导体截面，金属板厚度、SPD的电流能力、对危险火花的间隔距离），并在对这些部件受雷击影响做模拟时定义其测试参数（参见附录D）。

不同雷电防护等级（LPL）的雷击电流振幅的最小值用来推导滚球半径（参见附录A.4）。以便定义雷电防护区，那里不会受到直接雷击，（参见7.2节和图2、3）。表4中给出了雷击电流参数的最小值和相应的滚球半径。这些数据用以决定接闪器位置和去定义雷击保护区LPZ0B（参见7.2节）。

       从图A5静电分布中可以选定对每个防护等级雷击电流参数小于最大值但分别大于最低值的加权概率。

       对雷击有效的防护措施，对每一个LPL等级假设定义了其电流参数的范围，因而有效的防护措施假设为其雷击电流参数的效率相等于在这些电流参数值范围以内的概率。

8.2 雷电防护区（LPZ）

       各种雷电防护措施，例如LPS、屏蔽线、磁屏蔽和SPD等决定了雷电防护区（LPZ）。

       雷电防护区（LPZ）位于防护措施的下游，对LPZ上游的雷击电磁脉冲（LEMP）能显著的减少。

       相应于雷击威胁定义了如下的雷电防护区（LPZ）：

LPZ0A：暴露在直接雷击中，承受全部雷击电流和全部雷击磁场。

LPZ0B：对直接雷击进行防护，承受局部雷击电流或感应电流，以及全部雷击磁场。

LPZ1：对直接雷击进行防护，承受局部雷击电流或感应电流，以及受衰减的雷击磁场。

LPZ1……n：和LPZ1类似，但对雷击磁场已进一步受衰减。

注1：一般说，该区的编号越高，其电磁环境参数越低。

       作为一般的保护规则，受保护目标应置于如此的LPZ区内，其电磁特性符合遭受损害时具有忍耐坚持能力以减小损害（实体损害、由于过压造成电气和电子系统的失效等）。

注2：许多电气和电子系统及其设备有关其设备耐受能力的信息可由制造商提供。

8.3 建筑物防护

8.3.1 减少实体损害和生命灾害的防护

       建筑物应受保护达到LPZ0B以内或更高，这是由雷电防护系统（LPS）达到的。

       一个LPS系统包括外部和内部的雷电防护系统（参见图2）。

       外部的LPS的功能为：

——截取对建筑物的雷电闪击（利用接闪器）；

——将雷击电流安全的导入地（利用引下线）；

——将雷击电流泄放入地（利用接地系统）。

       内部的LPS的功能是防止在建筑物内危险火花的发生，它是利用等电位连接或设定LPS部件和内部其它电气传导器件与建筑物的间隔距离S（即电气分离）来达到。

       对建筑物作为规定，对应于LPL等级定义了四种LPS类型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型）。

       每种类型包括与等级相关的规定（例如滚球半径、网格宽度等），以及与等级无关的规定（例如截面、材料等）。

       建筑物外部土壤和内部地板的表面电阻不够大时，则由接触和跨步电压造成的生命灾害应采用如下方法减少：

——在建筑物外部，对外露的导电部件加以绝缘，并用网格接地系统将之做等电位连接，并给出警告提示和活动限制；

——在建筑物内部，对公共设施进入建筑物的进入点处进行等电位连接。

       LPS应遵循IEC62305-3。

8.3.2 减少内部系统失效的防护

       为减少内部系统受雷击电磁脉冲（LEMP）而失效的风险，其防护限于针对下列情况：

—－对建筑物的雷电闪击，导致由电阻性和感应耦合形成的过压；

——对建筑物邻近区域的雷电闪击导致由感应耦合形成的过压；

——由于入户线路邻近区域的雷击传入的过压；

——由内部系统直接耦合的磁场。

注：内部系统直接耦合的磁场的影响弱，对于某些系统的设备符合有关EMC产品标准（参见62305-2）所提供的可以忽略这些影响。

受保护系统可以放置在一个LPZⅠ区或较高等级的区内，这是可以由磁屏蔽使得其感应磁场被衰减，和／或线路走向的适当调整，以减小感应环路。在LPZ边缘的金属部件应加以等电位连接，对跨越LPZ边界的系统要用等电位连接导体或必要时采用浪涌保护器（SPD）来实现防护。

具有足够防护区的防护措施应符合IEC-62305-4的要求来实现。

对过压导致内部系统失效的有效防护也可由一个SPD系统来实现，以限制过压，使它低于受保护系统所能承受的额定冲击耐受电压。

SPD的选择和安装应根据IEC-62305-4的要求。

8.3.3 公共设施的防护

受保护的公共设施应置于下列区域内：

——LPZ 0B或更高等级，以减小实体损害。这靠选择埋置于地下取代空架或采用适当安装的屏蔽线（SW），其有效性根据线路特性而定，或增大管壁厚度到足够数值，并保证金属管道的连续性。

——LPZ 1或更高等级，以保护过压造成的公共设施失效。采用足够磁屏蔽（MS）的线缆减小雷击感应过压水平，和／或用足够的SPD以消减过流和限制电压。

表1a 典型建筑物上雷电的影响

表1b 典型公共设施上雷电的影响

表2a 根据雷击点不同造成建筑物内的损害和损失

损害源

S1：雷击建筑物

S2：雷击建筑物的邻近区域

S3：雷击入户的公共设施

S4：雷击入户公共设施的邻近区域

       损害类型

D1：由于接触和跨步电压伤害活体

D2：由于雷击热效应使物体损坏（火灾、爆炸、机械毁损、化学释放）

D3：由于过压使电气和电子系统失效

       损失类型

L1：生命损失

L2：公共设施的损失

L3：文化遗产损失

L4：经济损失

       不带括号者：立即的损害和损失；

       括号内：可能引起后续的损害和损失。

       *   在医院和建筑物内爆炸风险的情况下；

       **  具有爆炸风险的建筑物的情况下；

       *** 具有电子系统的建筑物的情况下。

表2b 根据不同雷击点公共设施的损害和损失

* 在管道情况下，接合盘采用非金属垫圈传输易爆炸液体。

表3 根据雷电防护等级（LPL）规定的雷击电流参数的最大值

表4 对应各种雷电防护等级（LPL）的雷击电流参数和滚球半径最大值

表5 雷击电流参数限值的概率

图1 不同的损害类型导致的各种损失类型

1）仅对医院或其它建筑物，内部电气和电子系统的失效会立即危及生命。

              1 建筑物                                                 S1 雷击建筑物

              2 接闪器                                                 S2 雷击建筑物的邻近区域

              3 下引线                                                 S3 雷击入户公共设施

              4 接地系统                                              S4 雷击入户公共设施的邻近区域

              5 入户公共设施                                       R  滚球半径

                                                                             s   防危险火花之间的间隔距离

                                            雷击等电位连接（SPD）

              LPZ0A     直接雷击，全部雷击电流

              LPZ0B     间接雷击，局部雷击电流或感应电流

              LPZ1      间接雷击，局部雷击电流或感应电流

                            在LPZ1内部的保护空间必须考虑到具有s间隔距离

图2 由雷电防护系统（LPS）定义的雷电防护区（LPZ）（参见IEC62305-3）

              1 建筑物（按LPL1屏蔽）                      S1 雷击建筑物

              2 接闪器                                                 S2 雷击建筑物的邻近区域

              3 下引线                                                 S3 雷击入户公共设施

              4 接地系统                                              S4 雷击入户公共设施的邻近区域

              5 房间（按LPL2屏蔽）                          R  滚球半径

6 入户公共设施                                       ds  防极高磁场的安全距离

                                            雷击等电位连接（SPD）

              LPZ0A     直接雷击，全部雷击电流，全部磁场

              LPZ0B     间接雷击，局部雷击电流或感应电流，全部磁场

              LPZ1      间接雷击，局部雷击电流或感应电流，受衰减的磁场

              LPZ2      间接雷击，感应电流，进一步受衰减的磁场

                            在LPZ2内部的保护空间必须考虑到具有安全间距ds

图3针对LEMP的防护措施所定义的雷击防护区（LPZ）（参见IEC62305-4）

附录A（资料性）

雷击电流参数

A.1 对地雷击闪电

原有雷击闪电的两种基本类型：

——在云和地之间由于向下引导发生的下击闪电和

——在地面建筑物和云之间由于向上引导发生的上击闪电。

在平坦地域和较低的建筑物经常发生下击闪电，而对暴露着的和／或较高建筑物则上击闪电较为显著。在有效高度升高时雷击概率增加，其物态情况随之改变（参见IEC 62305-2的附录A）。

一个雷击电流包含着一个或多个不同的冲击。

——短冲击的持续时间短于2ms（参见图A.1）

——长冲击的持续时间长于2ms（参见图A.2）

冲击的另一些差别是其极性（正或负）和从闪击过程的时间位置（首次冲击、后续冲击、叠置冲击），图A.3和A.4分别为下击闪电和上击闪电的可能冲击成分。

上击闪电的附加成分为首次长冲击没有或具有达数十个叠置短冲击。但所有上击闪电的短冲击的参数皆小于下击闪电的。更高的上击闪电的长冲击电荷尚未证实。因此上击闪电的雷击电流参数覆盖在下击闪电的最大值以内来考虑。对上击和下击闪电的雷电流参数的更为精确的评估尚在研究中。

A.2 雷击电流参数

本标准基于CIGRE的结果给出的雷击电流参数列明于表A.1。其统计分布可以假设为对数正态分布。相应的均值μ和离差σlog列出于表A.2中，且其分布函数在图A.5中表明。在此基础上，每个参数的任何数值的布佔概率就可以被确定。

假设极性比率的正值为10％，和负值为90％，极性的比率是一个域的函数。如果没有当地的资料可用，这里给出的比率可用。

本标准给出的全部数值对下击闪电和上击闪电双方均有关。

注：雷电参数值通常从高目标的防护措施上取得，雷击电流峰值的估测的统计分布并未考虑高目标影响，这种统计分布可以从雷电定位系统取得。

A.3 LPLⅠ的最大雷击电流参数的确定

雷击的机械影响取决于雷击电流（I）的峰值以及给定比能（W/R），当参与着电阻耦合，并且由于电荷（Q）使装备发生电弧时，热影响和给定比能（W/R）相关。过压和危险火花是由电感耦合造成的，他和雷击前端的电流平均陡度（di/dt）相关。

每个单个参数（I, Q, W/R, di/dt）的趋势都在每种破坏机制中起到主要作用，因而在建立的试验程序中应予以考虑。

首次短冲击和长冲击

由正闪击决定的机械和热影响和I、Q、W/R值相关（由于其10％的值更高于对应负闪击的1％值）。从图A.5（3、5、8、11和14行）下列具有低于10％的值可以考虑。

根据图A.1，首次短冲击给出前锋时间的一次近似值为：

    （T1的关系不大）

对指数衰减冲击，近似的电荷和比能值可以用下列式子（）：

这些式子和上列给定值结合，可以导出半值时间的一次近似值：

对于长冲击，电荷可按下法作近似计算：

它的持续时间参见图A.2，可以从雷击过程的时间估算出来：

后续短冲击

由电路耦合造成危险火花的平均陡度di/dt的最大值决定了由负闪击形成的后续短冲击（因为其1％值更高于首次负闪击的1％的值，或对应于正闪击的10％值）。从图A.5（2和15行）下列低于1％概率的值可以考虑：

根据图A.1后续短冲击的值，其前段时间的一次近似值为：

从负闪击后续短冲击的过程时间可以估测其半值时间：

  （T2的关系不大）

A.4 最低雷击电流参数的确定

LPS的截取效率取决于雷击电流参数的最低值并与滚球半径有关。对直接雷电闪击保护区的几何边界可以用滚球半径来决定。

根据电气－几何模型，滚球半径（最后跳距）与首次短冲击的峰值相关。在IEEE一个工作组的报告（传输线缆雷击性能估测Ⅱ，1992）中给出了这个关系：

式中：

R——滚球半径（m）

I——峰值电流（kA）

对给定的滚球半径R，假设所有的峰值闪击高于相应由自然的或专用的接闪器上截获了最小的峰值电流I。因此，图A.5中的负值或正值的首次雷击峰值的概率（1A和3行）假定为截取概率。考虑了闪击的极性比率10％正和90％负时，总的截取概率就能算出（参见表5）。

表A.1 引用CIGRE的雷击电流参数值的列表（Electra第41和69＊号）

注：I=4kA和I=20kA值分别对应的概率为98％和80％。

表A.2 引用CIGRE的雷击电流参数的对数正态分布均值μ和方差σlog从95％和5％值算出（Electra第41和69号）

                        Q1＝虚原点

                        I＝峰值电流

                        T1＝波头时间

                        T2＝半值时间

图A.1 短冲击参数（典型T2<2ms）的定义

Qlong＝持续时间

                        Tlong＝长冲击充电

图A.2 长冲击参数（典型2ms< Tlong <1s）的定义

            图A.3 下击闪电的可能成分（典型地在平坦区域和较低建筑物）

图A.4 上击闪电的可能成分（典型地对暴露的和／或较高建筑物）

图A.5 雷击电流参数（95%和5%值的线段）积聚频度分布

附录B（资料性）

用于分析目的的雷击电流时间参数

电流波形如下：

首次短冲击 10／350 

后续短冲击  0.25／100

可以定义为：

                                           (B.1)

式中：

I——峰值电流

K——峰值电流的修正系数

t——时间

τ1——前段时间常数

τ2——尾迹时间常数

对不同LPL等级首次短冲击和后续短冲击的电流波形，其采用参数列于表B.1，其分析用曲线列于图B.1至B.4。

长冲击可以描述为一个矩形波，其平均电流为I和持续时间为Tlong，参见表3。

雷击电流的振幅密度（图B.5）可以由分析用曲线推导出来。

表B.1 B.1式中的参数

图B.1 首次短冲击上升电流的波形

图B.2 首次短冲击电流尾迹的波形

图B.3 后续短冲击上升电流的波形

图B.4 首次短冲击电流尾迹的波形

图B.5 根据LPLⅠ等级定义的雷击电流的振幅密度

附录C（资料性）

试验目的用的雷击电流的模拟

前言

如果一个目标受到雷电袭击，雷击电流在目标内部分布，且分别对个别防护措施的组成部分试验时，必须对每个组成部分选择适当的试验参数。

C.1 首次短冲击的能量比和长冲击的电荷量的模拟

试验参数已在表C.1和表C.2中定义了。试验发生器的示例参见图C.1，它可以用以对首次短冲击的能量比和长冲击电荷值的模拟。

试验目的是评定机械完整性，以及不受热和熔化等有害影响。

模拟首次短冲击相关的试验参数（峰值电流I，能量比W／R，电荷QS）列明于表C.1。这些参数都可由同样的脉冲取得，其近似的指数衰减电流也可以从具有T2范围为350的电流达到。

模拟长冲击的试验参数（电荷Q1和持续时间T）参见表C.2。

根据试验项目和期望的损坏机制，对短冲击或长冲击的试验可以施加单个或组合的实验，这里长冲击应立即跟随在首次短冲击的后面，对电弧熔化的试验可以用两种极性来试验。

C.2 短脉冲前段电流陡度的模拟

电流陡度决定了装备附近携带雷击电流导体环路的磁感应生成电压。

短冲击电流的陡度定义为在上升时间Δt时的电流上升值Δi（参见图C.2）。模拟这种电流陡度的相关实验参数列明于表C.3。试验用发生器的示例参见图C.3和C.4，它可以用于模拟直接闪击的雷击电流的前段陡度。这种模拟可以做成一个短冲击及其后续短冲击。

注：本模拟涵盖了短冲击前段的电流陡度，电流尾迹对本模拟没有影响。

上式C.2模拟可以独立实施，或结合前节C.1模拟一起实施。

对LPS组成部分的雷击影响的试验参数的模拟的进一步信息参见附录D。

表C.1 首次短冲击的试验参数

表C.2 长冲击的试验参数

表C.3 短冲击的试验参数

        L+LP=10μA                                      R2+RP+R3=20mΩ

                    标值适用于一级雷电防护等级（LPLⅠ）

图C.1 对首次短冲击和长冲击充电比能模拟的实验发生器的示例

图C.2 根据表C.3对电流陡度的定义

标值适用于一级雷电防护等级（LPLⅠ）

图C.3 对大测试项目首次冲击的前段陡度做模拟的实验发生器的示例

标值适用于一级雷电防护等级（LPLⅠ）

图C.4 对大测试项目后续冲击的前段陡度做模拟的实验发生器的示例

附录D（资料性）

LPS组成部分受雷击影响模拟的试验参数

D.1 概述

本附录D给出了用于实验室对雷击影响模拟的基本参数。附录D包含了对承受雷击电流的全部或主要部分的一个雷击防护系统（LPS）的所有组成部分，其电流必须结合对每个指定组成部分的标准规定、要求和试验程序。

注：系统观点上的相关参数（例如：浪涌保护器的配合）不在本附录考虑之列。

D.2 雷击点相关的电流参数

对一个雷击防护系统的物理完整性，雷击电流参数充当了相应角色。一般说，这些参数有峰值电流I，电荷Q，比能W／R，持续时间T，电流平均陡度di/dt。每个参数在不同损坏机理中占有主导地位，下节将作具体分析。试验中考虑的电流参数将代表实验室选用值，即受试验的LPS部件的实际损坏机理得出数值的综合。选择代表性的数量，其数据在D.5节中给定。

表D.3记录了供试验用的I、Q、W／R、T和di/dt参数的最大值，作为防护等级要求的函数。

D.3 电流分担

表D.3给出的参数是在雷击点上雷击电流相关的参数。实际上雷击电流入地不仅通过一个路径，某些引下线和自然导体通常出现在外部雷击防护系统（LPS）和接入保护建筑物的某些公共设施（例如水和燃气管道、电力和电信线缆等）上也提供了入地路径。对一个LPS的特定组成部分决定其实际流经电流的参数。要考虑到它是分担的电流。流经特定位置点的LPS的组成部分的电流的振幅和波型都应评定。当个别专例做评估不可能时，可以采用下述程序作电流参数的评定方法。

对外部LPS分担电流的评估，可以采用组态系数KC（参见IEC 62305-3的附件D）的方法。这个系数给出了外部LPS在最坏情况下对流经引下线的雷击电流的分担。

当进入保护建筑物具有电力和电信线缆的外部导体时，电流分担的评估可以采用在IEC62305-3附录B中的近似值Ke和K’e。

上列描述针对某一特定地球路径雷击电流峰值的评估。对电流的其它参数如下：

式中：

XP——在一条特定路径“P”上有关的数值（电流、电荷、比能、电流陡度）

X——与总雷击电流相关的数值（电流、电荷、比能、电流陡度）

k——电流分担系数

kc——对LPS外部的电流分担

ke——对进入保护建筑物的电力和电信线缆的外部导体部分出现时的电流分担系数（参见IEC62305-2的附录B）

D.4 雷击电流造成可能损害的影响

D.4.1 热效应

与雷击电流链合的热影响是和一个导电体或在一个LPS中的导电体的电气环路环流上导致产生阻性热，以及在一个LPS中分离部件之间产生电弧（例如光花隙）和在连接点电弧的根部生成的热有关。

D.4.1.1 阻性热

       阻性热发生在一个LPS系统的流经巨大雷击电流的任何组成部分。导体以最小截面积应足以防止导体过热，以及引起周围火灾。不仅考虑热影响，而且也要考虑机械抗耐程度，及其暴露空气中的情况和腐蚀问题。对雷击电流引起的导体上的发热的评估有时很必要，由于事态发展导致人身伤害以及火灾和爆炸破坏的风险。

       以下给出由于雷击电流造成导体上温度升高的评估的指导。一种分析方法为：由于电流形成的导体上的瞬时能量作为热耗散：

       因而全部雷击脉冲生成了热能，也就是在雷击路径上通过LPS组成部分的欧姆电阻乘以脉冲比能，并以焦耳或瓦特秒为单位来表达。

       对于雷击电荷，雷击闪电的高比能项极短，任何在极短时间内在建筑物内生成的热很快散逸：此现象可以视为绝热。

       LPS导体上的温度可按下式评估：

式中：

       θ-θ0——导体上的温升［K］

       α——电阻上的温度系数［1／K］

       W/R——电流脉冲的比能［J/Ω］

       ρ0——导体在室温时欧姆比电阻［Ωm］

       q——导体的截面积［m2］

       γ——材料密度［kg/m3］

       CW——热容量［J／kgK］

       θS——熔化温度［℃］

       CS——熔化潜热［J／kg］

       采用各种材料的LPS的物理参数（式（8）所用）的性能值见表D.1。表D.2为此方程式应用示例，不同材料的导体的温升作为比能W/R的函数，以及导体截面积的函数。

       典型的雷击是一个持续很短的冲击（半值时间为数百微秒），和极高的电流峰值；在此情况下，还应考虑集肤效应。但多数在和LPS组成部分链接的实际情况下，材料性质（LPS导体的动态磁导率）和几何组态（LPS导体的截面积）减小了受导体温升影响的集肤效应，使之接近可忽略水平。

       与发热机理主要相关的雷电闪击的成分是其首次回击。

表D.1 用于LPS组成部分的典型材料的物理特性

表D.2 不同截面积的导体和比能（W/R）函数下的温升

D.4.1.2 雷电打击点的热损害

       在所有LPS组成部分上可以观察到雷电打击点的热损害，在它上面出现电弧，如接闪器，火花间隙等。

       在打击点可以发生材料熔化和腐蚀，事实上，在电弧根部，有大量热输入，以及高电流密度导致集中的欧姆发热。大多数热能发生于金属的表面附近。在根部立即生成的过度的热将由导体的金属吸收，在金属的熔化或蒸发以及发光中损耗。此过程的严重程度与电流的振幅和持续时间有关。

D.4.1.2.1 概述

       在雷击通道打击点金属表面的计算热效应的某些理论模型已经建立。本文件为了简单起见，只引用阳极或阴极电压降模型。这个模型的应用特别对薄金属表面肤面有效。所有情况按假定全部能量注入雷击打击点去熔化或蒸发导体材料，忽略材料内部热融合不计的这种保守性结果看待。另一种模型（参见例［5］）按其雷电打击点损害取决于电流脉冲持续时间来描述的。

D.4.1.2.2 阳极或阴极电压降模型

       在电弧根部的能量输入W假设为由阳极／阴极电压降ua,c乘以雷击电流的电荷Q所给定的：

       对一定范围的电流将ua,c作为常量，雷击电流的电荷（Q）主要是电弧根部能量转换的响应。阳极或阴极电压降ua,c值为几十伏。

       一种简单方法设定在雷击根部发生的全部能量都用于熔化，下列方程式（10）用于这个假设，但导致体熔化有些估计过高。对金属板电弧熔融的实验数值如下，参见［9］：

式中：

       V——熔化金属的体积［m3］

       ua,c——阳极或阴极电压降（假定为恒值）［V］

       Q——雷击电流电荷［C］

       γ——材料密度［kg/m3］

       CW——热容量［J／kgK］

       θS——熔化温度［℃］

       θu——周围温度［℃］

       CS——熔化潜热［℃］

       本式物理参数对应于LPS采用不同材料时的特性数值，见表B.1。

       基本上，应考虑的电荷是反击及雷电持续电流的总电荷。实验室经验已经发现和持续电流的效应比较反击电荷的效应不太重要。

D.4. 2 机械效应

       雷击电流造成的机械效应取决于电流的振幅和持续时间，以及受影响的机械结构的弹性特性[参见8,9]，对于LPS中以摩擦力接触的部件之间也有影响。

D.4.2.1 磁相互作用

       两个带电导体之间或一个带电导体形成了一个角度或回路时发生的磁力。

       当一个电路中流经电流时，电路不同位置上电动力的振幅取决于雷电流的振幅以及电路的几何构态，这些力的机械作用不仅取决于它们的振幅，也和电流形式、持续时间以及安装的几何状态有关。

D.4.2.1.1 电动力

       在导体中流经的电流”i”产生的电动力，其l长度的平行段和d距离上（长且窄小的回路）由图D.1表明，可以近似地用下式计算：

式中：

       F(t)——电动力［N］

       i——电流［A］

       μ0——空气导磁率［4π10-7H/m］

       l——导体长度［m］

       d——导体直的平行段之间的距离［m］

       一个典型的示例，在LPS中互相形成90℃的对称角形安排的导体，转角附近用夹箍固定，参见图D.2，这种构态的应力图表明在图D.3中。水平导体的轴向力企图将导体从夹箍中拉出。沿水平导体的力的参数，以峰值电流100kA考虑，垂直导体的长度为0.5米，表明于图D.4。

D.4.2.1.2 电动力的效应

       电动力的振幅为F时，力的瞬时值为F(t)；它和瞬时电流的平方i(t)2成比例。在机械的LPS结构内用发生的应力来表达时，它是弹性变形δ(t)和弹性常数K的乘积δ(t)×K，对LPS结构应考虑两种影响；即由LPS结构链接的弹性行为以及LPS的永久变形。进一步，在许多场合下，结构内部的摩擦力也有重要影响。

       弹性LPS结构由雷击电流电动力造成的振动的振幅，可以用二阶微分式来评定。其关键因数是电流脉冲持续时间与LPS结构的自然机械振动周期之间的比率，LPS遭遇的典型情况包含着结构的自然振动周期远比施加力（雷击电流脉冲的持续时间）要长得多。在此情况下最大机械应力发生在电流脉冲停歇之后，其峰值保持在较低于施加力的状态，因而多数可以忽略。

       弹性变形发生在拉伸应力超过材料的弹性限度以后，如果LPS结构由软性材料组成，如铝或退火的铜，电动力可以使角状或回路导体变形。因而LPS组成部分应设计成能耐受这些力而且具有弹性行为。

       施加于LPS结构的总机械应力取决于施加力的积分时间，因此也取决于电流脉冲的比能，也与电流脉冲的波形及其持续时间（与结构的自然振动周期相比）有关。在试验时，所有这些有影响的参数都应考虑。

D.4.2.2 声冲击波的效应

       当雷击电流流经一个电弧时，产生一个冲击波，此冲击波的严重程度取决于电流峰值和电流的上升率。

       通常声冲击波对LPS金属部件的损害不大，但可以造成周围部件的损坏。

D.4.3 综合效应

       实践中热和机械影响同时发生，如果部件材料（例如杆、夹箍等）加热使得材料足够软的话，会产生较大的损坏；最严重时导体可能爆炸性熔化，并对周围结构也遭破坏。如果金属的截面足够能支持安全运行，机械完整性是可控的。

D.4.4 火花

       通常火花只对易燃环境重要，实践中LPS组成部件来说，火花并不重要。

       可能发生两种火花，即“热火花”和“电压火花”。热火花发生于当一个很强电流迫使通过两个导体连接点时，多数热火花发生于连接边缘的内部，如果其接合压力不大的话：主要是由于电流密度极大和接合压力不足。热火花的强度与比能有关，其关键阶段是在首次返回冲击时。电压火花发生于电流通过一个卷曲路径（例如接头内部），如果回路中感应电压超过了金属部件间的击穿电压的时候。感应电压正比于互感乘以雷击电流的陡度。多数产生电压火花的关键的雷电成分是后续负冲击。

D.5 LPS组成部分、相关问题和试验参数

       雷电防护系统由数个不同组成部分，在系统内每部分具有一定的功能，。组成部分的性质和所能承受的应力都应考虑，并在建立的实验室中试验，检查其性能。

D.5.1 接闪器

接闪器产生的影响有机械的热效应两方面（将在D.2中讨论，并应注意受雷击时雷击电流的大部分将流经接闪器的导体），且有时也有电弧熔蚀影响。特别对天然的LPS组成部分，例如薄金属板屋顶（此处可能发生表面温度的过度升高或击穿）。

对电弧熔蚀影响，要考虑两个主要试验参数：即长持续电流的电荷及其持续时间。

电荷主导者输入电弧的能量，特别对长持续冲击出现时对电弧影响最严重而短冲击的影响可忽略。

电流持续时间是向材料热传输现象的一个重要角色，在试验中施加的电流持续时间可以适当的和长冲击的持续时间（0.5到1秒）相比拟。

D.5.2 引下线

       雷击在导体上的影响可以分为两大类型：

——电阻性发热的影响

——磁相互作用的机械影响，发生于附近另外的导体分担雷击电流时，或者电流改变方向（导体弯曲或导体间形成一定角度）时。

       通常这两种影响互相独立，对每种影响的检验可以在实验室分别试验。在各种情况下，对雷击电流发热的机械特性没有实质性不同。

D.5.2.1 电阻性发热

       雷击电流流经不同截面和不同材料导体时，发热的计算和测量已有某些作者［6］［7］发表了论著。其结果对应的图表和公式参见第D.4.11节的总结，因此无实验室试验的必要。通常，从导体的温升观点检验其行为。

       在所有情况下，一种必要的实验室试验要做的话，应考虑如下问题。

       这里应考虑的主要试验参数是比能和脉冲电流持续时间。

       根据焦耳发热定律雷击电流导致的温升。其数值和首次冲击相关，其保守数据是从正向冲击取得的。

       导体对应于周围温度的热交换过程，脉冲电流持续时间具有决定性影响。通常，脉冲电流持续时间很短，热过程可以视为绝热过程。

D.5.2.2 机械影响

       已在第D.4.2.1节中讨论过，携带雷击电流的导体之间发生的机械相互作用。机械力正比于两个导体内流经的电流的乘积（如果是单根弯曲导体时，则为电流的平方），并和导体之间的距离成反比。

       通常情况下，当导体形成一个回路或弯曲时这种发生的现象是可见的。如果这样的导体通过雷击电流时，承受的机械力试图将回圈扩张，而导体的弯角将向外伸直。此力的大小正比于电流振幅的平方。有一种明确的区别，电动力正比于电流振幅的平方，而对应的应力还取决于机械的LPS结构的弹性性能。对于LPS结构极低的自然频率，在LPS结构内部发生的应力将相当地低于电动力。在此情况下，不需做实验室试验，一般说，对一个弯成直角的导体的检验，着眼于机械观点，只须其截面积满足于现行标准的要求。

       在所有情况下，一种必要的实验室试验要做的话，特别是对软性材料，应考虑如下问题。首次返回冲击的三个参数要考虑，即脉冲电流的持续时间和比能，以及对刚性系统考虑到电流振幅。

       如果脉冲持续时间远短于LPS结构的自然机械振动周期（这是LPS结构受雷击应力的常态），则系统的质量和弹性阻止产生可以感知的变位，而相关的机械应力主要取决于脉冲电流的比能，脉冲电流峰值的影响有限。

       如果脉冲持续时间较长于自然机械振动周期，则系统的变位对施加应力的波形更为敏感；此时，电流脉冲的峰值及其比能应其试验中进行复现。

       脉冲电流的比能导致的应力使LPS结构产生弹性和塑性变形，其数值和首次冲击相关。

       脉冲电流的峰值导致的LPS结构的最大变位距离，对于具有自然振动频率较高的刚性系统来说，要考虑到变位数值和首次冲击相关。

D.5.3 连接部分

       一个LPS中相邻导体之间的连接部分可能是机械和热的弱点，此处具有强应力生成。

       当连接器形成直角时，机械力链接的应力的主要影响试图将导线拉直，使连接器拉开，由于在导体上与连接部件之间摩擦阻力，在不同部位的接触点可能产生电弧，继之，在小的接触面上集中电流导致其热影响将不可忽视。

       实验室试验表明，对于复合协同效应很难将每个的影响区别开：接触面积的局部熔化影响了机械承载力；连接部件间的相对位移导致产生电弧以及相继地生成更强烈的热。

       由于没有有效的模型，实验室试验采取尽可能接近许多临危状态的雷击电流的相应的参数的这种方法去进行：即适用于施加雷击电流的相应参数去做某一种单一的电气试验。

在此情况下考虑到三个参数，即脉冲电流的峰值、比能和持续时间。

脉冲电流的峰值导致最大力，或如果电动拉力超过了摩擦力，LPS结构的最大位移距离。其数值和首次冲击相关，其保守数据以正向冲击所取得的考虑。

脉冲电流的比能导致接触表面的发热，该处电流集中在小面积上。其数值和首次冲击相关，其保守数据以正向冲击所取得的考虑。

脉冲电流的持续时间导致结构的最大位移，当超过了摩擦力后材料中的热传输现象具有了重要作用。

D.5.4 接地装置

在实际问题中，接地装置电极的化学腐蚀和受力机械损坏比电动力问题更大。在实际情况下，接地电极在电弧根部的腐蚀并不重要。它和接闪器相反，一个典型的LPS具有多个接地装置：因而雷击电流被多个接地电极分担，所以重要性减轻。

在此情况考虑两个主要试验参数，即长持续脉冲电流的电荷和持续时间。

电荷导致电弧根部的能量输入，特别是首次冲击的作用可以忽视，而长持续冲击的出现，对此部件的影响更为严重。

脉冲电流的持续时间对热在材料中传输的现象具有重要作用。在试验中施加脉冲电流的持续时间应与长持续冲击（0.5～1秒）相比拟。

D.6 浪涌保护器（SPD）

SPD受雷击时的应力取决于SPD的形式，并特别参照有无间隙。

D.6.1 含有火花间隙的SPD

火花间隙受雷击时的影响，分成两个主要类别：

——间隙电极材料受热，熔化和蒸发后的腐蚀；

——放电冲击波导致的机械应力。

分别对这些影响调研非常困难，双方均和雷击电流的主要参数链接成复合关系。

对火花间隙的实验室试验尽可能接近在临危状态下雷击电流的相应参数：即在施加雷击电流的所有相应参数下，去做对应于单一的电气应力试验。

在此情况下，考虑五个参数，即脉冲电流的峰值、电荷、持续时间、比能以及上升率。

电流峰值导致冲击波的严重性，其数值和首次冲击相关，其保守数据以正向冲击取得的考虑。

电荷导致向电弧的能量输入，它将对在电荷打击点的电极材料发热、熔化、和最后蒸发。其数值和全部雷击闪电相关，特别是在许多情况下常持续电流的电荷可以被忽略，取决于电力供应系统（TN、TT、IT）的组态。

脉冲电流持续时间导致对电弧的自持磁压缩，在电弧和电极表面之间的界面上发生电极等离子喷流的物理现象，它可以吹喷出大量熔化材料。其数值和首次冲击相关，其保守数据以正向冲击取得的考虑。

注：电力供应系统所用的火花间隙，要考虑到电压频率跟随着电流振幅组成一个重要的应力系数。

D.6.2 含有金属氧化物变阻器（MOV）的SPD

由雷击造成的金属氧化物变阻器上的应力可以分成两大类型，即过载和闪络。每种类型由失效形式形成的不同现象所规定，并由不同参数所控制。一个金属氧化物SPD是和其最弱的性能所链接着的，未必是不同破坏应力所能发生的增效作用。因此，对不同失效模式的情况，可行的做法为对其分别进行各自的试验，以检验其行为。

过载是该器件吸收了超过其能力的能量。超过的能量在此可以视作雷击应力。还考虑到SPD和电源系统连接着，在雷击电流中止后，电源系统的电流立即注入器件，或施加电压后，电阻器上的伏安特性的负温度系数有关的热不稳定也能在SPD的致命损毁中起到重要作用。

对金属氧化物变阻器过载的模拟，一个必须考虑的主要参数就是电荷。

电荷导致向金属氧化物电阻器件的能量输入，金属氧化物电阻器件上的残存电压视做恒量，其数值考虑和雷击闪电相关。

闪络和裂开是由脉冲电流振幅超过了电阻的能力，其失效模式通常明显地沿柱圈的外部飞弧，有时电阻器件被穿透导致开裂或出现垂直于柱圈的一个孔。这种失效主要由于电阻器件柱圈的介电质崩溃。

在模拟雷击现象时必须考虑两个主要参数，即脉冲电流的峰值和持续时间。

如果电阻器柱圈的介电强度超过后，脉冲电流的峰值决定了残存电压对应的水平。其数值和首次冲击相关，其保守数据以正向冲击取得的考虑。

脉冲电流持续时间导致着施加在电阻器柱圈上的介电质应力的持续时间。

D.7 LPS组成部分试验时采用试验参数的总结

表D.3总结了对每个LPS组成部分最关键的方面，是实验室试验中可以复现的给定的雷击电流参数，及其功能的表现。

表D.3中给出的数值是在雷电打击点上相关的重要参数。

计算试验数值时，应考虑电流分担，它是以电流分担系数来表明的，参见于D.3节的解释。因此试验时采用的参数的数值可以基于表D.3中给出的数据去计算，再加上电流分担系数的缩减因子，其表达式已在D.3中说明。

表D.3对不同的LPS组成部分和不同的LPL等级在试验值计算中对雷击威慑参数的总结

图D.1 电动力计算的双导电体配置

图D.2 LPS中典型的导电体配置

图D.3 图B.2构态下的应力图

图D.4 图B.2峰值电流100kA，垂直导电体长度0.5m时，沿水平导电体单位长度上的力