雷电防护相关标准体系

2019-09-04

国内外与雷电防护有关的标准很多,本文对国内外雷电标准体系进行梳理,以便于理解不同标准之间的差异与联系。

1. 国际标准

国际防雷标准主要包括三大体系:
1)针对航空器的SAE ARP系列标准;
2)针对各类民用设施和设备的IEC标准;
3)针对军用设施和设备的美军标。

1.1  SAE ARP系列标准
美国机动车工程师学会(SAE)成立于1905年,是国际上最大的汽车工程学术组织。研究对象是轿车、载重车及工程车、飞机、发动机、材料及制造等。SAE所制订的标准具有权威性,广泛地为汽车行业及其他行业所采用,并有相当部分被采用为美国国家标准。

ARP(Aerospace Recommended Practice)系列标准针对航空航天领域,其中与雷电防护有关的标准如下:
1)SAE ARP 5412B-2013(ED-84)雷电环境及相关试验波形;
2)SAE ARP 5413-1999飞机电气电子系统的雷电间接效应的验证(2007年取消,由AC 20-136A替代,AC 20-136已更新为B版本);
3)SAE ARP 5414B-2018(ED-91)飞机雷电分区;
4)SAE ARP 5415A-2002雷电间接效应验证指南;
5) SAE ARP 5416A-2013(ED-105)飞机雷电试验方法;
6) SAE ARP 5577-2002(ED-113)飞机直接效应验证。
这些标准对于雷电环境、试验波形及直接、间接效应的试验方法有详细的描述。

RTCA/DO-160《机载设备环境条件与测试规程》是由RTCA(航空无线电技术委员会)下属的SC135特别委员会起草制定的。DO-160的适用对象包括了所有的航空飞行器,从轻型到重型,从小型到大型,它提供了一整套实验室测试方法以判定被测对象在模拟的环境条件下是否满足规定的性能指标要求。目前,RTCA/DO-160已更新至G版本(2010年12月发布)。RTCA/DO-160中的第22节为“雷电感应瞬变敏感度”,第23节为“雷电直接效应”。雷电测试是DO-160中的特色内容,充分考虑到了实际工作环境对于航空飞行器的影响。

由于美国和欧洲国家在航空领域的良好合作关系,EUROCAE(The European Organization for Civil Aviation Equipment)欧洲民用航空设备组织发布的ED(EUROCAE Documents)系列标准有很多与美国的标准对应甚至同步。在雷电防护方面,ED与SAE ARP的标准有以下的对应关系:
1) SAE ARP 5412——ED-84  雷电环境及相关试验波形;
2) SAE ARP 5414——ED-91  飞机雷电分区;
3) SAE ARP 5416——ED-105   飞机雷电试验方法;
4) SAE ARP 5577——ED-113   飞机直接效应验证。
另外ED-14与RTCA/DO-160内容一致且版本同步。

1.2  IEC系列标准
针对地面设施和设备的防雷标准以IEC62305为基础,包括四个标准,如图11所示。

1.jpg

图1 IEC62305系列标准

四个标准包括:
1) IEC62305-1  雷电防护第一部分:总则。该标准主要描述了雷电环境及各类雷击的参数,是进行防护设计、仿真及验证的基础;
2) IEC62305-2  雷电防护第二部分:风险管理。该标准描述了雷击损失相关的风险评估方法;
3) IEC62305-3  雷电防护第三部分:建筑物的物理损坏和生命危险。该标准描述了直接雷击防护系统,包括外部接闪系统和内部搭接系统,以及对接触和跨步电压威胁人身安全的防护措施;
4) IEC62305-4  雷电防护第四部分:建筑物内的电子电气系统。该标准描述了建筑物内部雷电间接效应的防护措施。

IEC62305标准最新版本于2011年发布,其余的针对各类地面设施或系统的防雷标准基本上以IEC62305标准为基础,比如风力发电机标准IEC61400-24:2010“风力发电机 第24部分:雷电防护”,其中规定的环境、风险评估方法和部分接地搭接方法引自IEC62305标准,但防护设计方法及试验方法等与风力发电机特点密切相关的部分是根据自身特点来规定的。

1.3  美军标
MIL-STD-464C《系统电磁环境效应要求》由美国国防部于2010年发布,该标准对军用设备(包括飞机)的雷电防护能力提出了要求。其5.5节规定:“对于雷电的直接效应和间接效应,系统都应满足其工作性能的要求。当在暴露状态下,经受一个邻近的雷击以后,或在储存条件下经受一个直接雷击后,军械应满足其工作性能要求。在经受暴露条件下的直接雷击期间及以后,军械应保证安全……符合性应通过系统、分系统、设备和部件(如结构件和天线罩)级试验、分析或其组合来验证。”

MIL-STD-464C中的雷电波形引自SAE ARP5412,与IEC系列标准中的雷电参数有差异。

美国国家防火委员会颁布的NFPA 780标准“Standard for the Installation of LightningProtection Systems”规定了各类民用设施的雷电防护系统的详细要求,包括直接效应防护和间接效应防护,美国国防部发布的统一设施标准UFC 3-575-01 “Lightning and Static Electricity ProtectionSystems”以及统一设施指南规范(适用于非军械设施)UFGS-26 41 00“Lightning Protection System”,明确三军设施采用NFPA 780标准。
     
2. 国内标准

对照国际防雷标准,国内的防雷标准也可以相应的分为航空类、军用装备类和民用设施类。

2.1  航空类
由于国内以前的航空产业主要为军用装备,航空器的防雷标准主要为军标,现行有效的民用标准为:
1) HB6167.24-2004 民用飞机机载设备环境条件和试验方法 第24部分:雷电感应瞬态敏感度试验,该标准等同翻译RTCA/DO-160G Section22;
2) HB6167.25-2014 民用飞机机载设备环境条件和试验方法 第25部分:雷电直接效应试验,该标准等同翻译RTCA/DO-160G Section23;
其余标准见下一节军用装备类标准。

2.2  军用装备类
军用装备类防雷标准如表4所示。
表1 军用装备类防雷标准

2.png 

说明:
1)GJB1389A-2005等同翻译自美军标MIL-STD-464A;
2)GJB8848-2016中关于飞机的试验方法依据GJB3567执行,地面装备的试验方法参考了飞机类标准中的直接效应试验方法和间接效应试验方法;
3)GJB2639-1996提出了军用飞机的雷电防护要求,要求包括雷电防护计划、设计要求及检验三个部分;
4)GJB3567-99中只规定了直接效应试验方法,没有机载设备雷电感应瞬态敏感度试验方法;
5)表中其余5、6、7项标准为地面设施防雷要求,这三项标准的内容主要参考针对地面建筑的IEC标准和GB标准,与前面的几项标准在内容来源上有很大差异。

2.3  民用设施类标准
GB/T 21714-2015系列标准等同翻译IEC62305系列标准,包括:
1) GB/T 21714.1 雷电防护 第1部分:总则
2) GB/T 21714.2 雷电防护 第2部分:风险管理
3) GB/T 21714.3 雷电防护 第3部分:建筑物的物理损坏和生命危险
4) GB/T 21714.4 雷电防护 第4部分:建筑物内电气和电子系统

国内民用设施方面影响最大的标准是GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》,该标准内容较全,包括防护要求、防护方法、防护系统等,除了雷电参数和风险评估方面的内容,大致可以对应IEC62305系列标准。

其余的标准主要针对具体行业的设施设备和防护器件,技术源头基本来自GB50057和IEC62305。以下为部分防雷标准:
1) GB/T3482-2008  电子设备雷击试验方法标准;
2) GB18802.1-2011 低压电涌保护器 第一部分:性能要求和试验方法;
3) GB/T 21431-2015 建筑物防雷装置检测技术规范;
4) GB/T 7450-1987 电子设备雷击保护导则;
5) TB/T3074-2003 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件;
6) NB/T 31039-2012 风力发电机组雷电防护系统技术规范;
7) GB 50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范;
8) GB50601-2010 建筑物防雷工程施工与质量验收规范;
9) GB50650-2011 石油化工装置防雷设计规范;
10)GB15599-2009 石油与石油设施雷电安全规范。