现代雷电防护技术与标准实践和发展

一、雷电的危害性 二、雷电防护技术 三、标准的实践 四、技术提升

建筑物、构筑物、电气设备、电子设备、火车、汽车、电车、船舶、舰艇、飞机、火箭、导弹、移动变电站、移动数据库、移动气象台站……。 一、雷电的危害性 天地之大，润泽万物，防雷之责，保护万物 建筑物、构筑物、电气设备、电子设备、火车、汽车、电车、船舶、舰艇、飞机、火箭、导弹、移动变电站、移动数据库、移动气象台站……。 雷灾深重，惊心动魄，防雷之责，更显重要 雷电灾害被联合国减灾委列为“最严重的十种自然灾害之一” ，被国际电工委员会称为“电子时代的一大公害”。 而且随着气候变暖和地面“热岛效应”的不断增加，雷击灾害也在随之增加中。

雷电是发生于大气中的一种瞬时高电压、大电流、强电磁辐射灾害性天气现象，在全球范围内每天有800多万次雷电发生。 雷电参数表 日平均雷击次数 每次雷闪总能量 打上避雷针能量 800多万次 55仟瓦小时 几个仟瓦小时 云底部离地高度 ※ 雷击前地面场强 雷击前云地电压 ＞(2000~3000)米 几十仟伏/米 几仟万伏 每次雷闪电荷量 每次雷闪电流达 上下先导结合处 ≤300库仑 ≤300KA (150~300)米 雷害后果表 全球年经济损失 全球伤亡人数 全国伤亡人数（达） ≈几百亿美元 ≥上万人 ≥上千人 我国年雷灾次数 直接经济损失 ≥ 1万次 上百亿元人民币 ※ 王道洪等著：《雷电与人工引雷》第25页： 雷暴云的垂直高度随地理位置不同有较大差别，一般认为在（8～12km之差）。

雷击案例照片 电子设备 风力发电机 树木 电力线路 建筑物

重大事故 1987年3月26日美国国家航天局（NASA）利用大力神/半人马座火箭从美国卡纳维拉尔角基地发射海军通信卫星时曾遭受雷击而使发射失败，当时火箭发射约1分钟后受雷电干扰突然失控，浪涌电压破坏了制导控制计算机，导致星箭俱毁，损失高达1.7亿美元。 1989年8月12日9时55分，中国石油天然气总公司黄岛油库5号储油罐被雷电击中，致使罐内储存的1.6万吨原油燃烧，19人死亡，火焰高达数十米，形成3400余平方米的大火。

广东省雷击事故伤亡人数（人）

二、雷电防护技术 综合防雷理论 防雷产品及技术发展 防雷工程 现代高科防雷技术

综合防雷理论 雷电防护基础 富兰克林通过风筝实验弄清了天电的性质以后，发现尖端更易放电的现象。他马上想到利用尖端放电原理将天空威力巨大的雷电引入地面，发明了最早的避雷针，以避免建筑物遭雷击。 1760年，富兰克林在费城一座大楼上树起了第一根避雷针，效果十分显著。 1873年麦克斯韦发表的科学名著《电磁理论》。系统、全面、完美的阐述了电磁场理论，伴随着电磁理论的应用和普及，防雷不在只是单一的直击雷防护，还要考虑雷电电磁脉冲对设备的影响，针对电磁脉冲的防护也正式纳入防雷范畴。

19世纪以前，防雷只是单一的直击雷防护。 随着电器设备的出现，先进复杂的电子信息系统在给我们带来便利和技术进步的同时，其脆弱性和易受雷电电磁脉冲影响的一面也愈加凸现。随着微电子技术的发展，芯片电压越来越低，如CMOS电路已达3-5V，这种产品的电磁兼容能力很差，很容易受雷电感应脉冲过电压的袭击。防雷不在只是单一的直击雷防护，还要考虑雷电电磁脉冲对设备的影响。 综合防雷理论 不但要考虑防直接雷击，还要防雷电电磁脉冲和地电位反击等，应坚持预防为主、安全第一的原则，凡是雷电可能侵入电子信息系统的通道和途径，都必须预先考虑到，采取相应的防护措施，尽量将雷电高电压、大电流堵截消除在电子信息设备之外，对残余雷电电磁影响，也要采取有效措施将其疏导入大地。综合防雷是全部防雷装置和措施的总称，包括外部防雷和内部防雷。外部防雷（LPS）指接闪器、引下线和接地装置，内部防雷（LPMS）指等电位连接、共用接地装置、屏蔽、合理布线、浪涌保护器等。

综合防雷系统 外部防雷 内部防雷 接闪器（针、网、带、线） 安装浪涌保护器 等电位连接 接地装置 合理布线 引下线 屏蔽 (d) 雷电防护区边界的等电位连接端子板； (m、n、o) 电源浪涌保护器； (f) 信号接口； (p) 接地线； (g) 电源接口； LPZ 雷电防护区； (h) 信号线路或网络； Ipc 部分雷电流； (j、k、l) 不同防雷区边界的信号线路浪涌保护器； IB 直击雷电流。 建筑物电子信息系统综合防雷框图 系统综合防雷 实施示意图

防雷技术结构 现代雷电防护技术 防护元件 防护产品 防护工程 防护标准 高科防雷 理论研究 实验研究 防直击雷产品 防感应雷产品 接地技术产品 雷电检测产品 天馈系列SPD 信号系列SPD 电源箱式SPD 电源模块SPD 防雷工程 接地工程 现代雷电防护技术

防雷产品及技术发展 防雷产品矩阵图 电源滤波器 电源SPD 信号SPD 浪涌保护器件 避雷针 接地产品 天馈SPD 雷电保护产品 雷电监测 同轴 1/4 -λ 微带 模块 降阻剂 SPD 组合 PCB 型 PDU 型 SPD 信号+电源 PoE SPD 防爆型 信号 SPD 快速以太网 千兆以太网 雷击计数器 智能雷电检测装置

防雷工程 风力发电系统雷电防护示意图

智能建筑系统雷电防护示意图

现代高科防雷技术 智能监测 雷电预警 闪电定位 智能雷电监测系统一般由雷电监测仪（包括传感器部分）、无线通信模块、监控中心组成。能够对所测雷电流的参数（幅值或波形、极性、雷击的时间、次数）、SPD状态等进行监测，并通过无线通信方式将监测到的数据传送到监控中心，实现远程监控。 雷电预警 雷电预警是在雷击发生之前的10～30分钟左右发出警告讯号，提醒人们及时采取适当的措施避雷。“雷电预警”主要有三个方面的作用：1、提醒野外作业人员及时停止或暂停室外作业，进屋避雷，防止雷击伤害； 2、对某些可能造成重大危害的作业，雷击前及时采取适当措施， 防止重大雷击事故发生。比如：易燃易爆场所的室外作业，此时必须停止或是暂停； 3、对设备线路采取一种隔离雷电的防护措施（如暂时断开电源或停机），对一些重要设备进行保护。 闪电定位 闪电定位技术最早应用于电力输电系统，雷电是电力中断的头号环境因素，雷击事故发生后，人工方法查找故障点耗时耗力，通过闪电定位技术可以在数秒内确定雷击故障杆塔或雷击点。闪电定位方法历经了定向法——时差法——综合定位法的发展过程。当前的闪电定位系统还应用了全球卫星定位系统（GPS）、卫星通信、地理信息系统(GIS)等高新技术。

现代高科防雷技术 火箭引雷 火箭引雷最初只是通过引雷采集雷电流的参数，用于对雷电机理、雷电特性的研究，现在已发展到用火箭引雷来对需要大范围保护的地域提供防雷保护。火箭引雷一种是在火箭尾部拖带导线来引雷，另一种是在火箭的推进器中掺加固态或液态导电物质（如固态的铯盐、液态的氯化钙溶液），火箭发射后导电物质随推进器中的气体喷出，在火箭和发射设备之间构成一条导电途径。 激光引雷 激光引雷的原理是利用激光发射后在空气中形成的等离子导电通道来引导雷电流。目前激光引雷技术尚停止在实验室阶段，但实验表明激光引雷在防雷研究和将来用作防护装置方面存在着非常诱人的前景。

三、标准实践——No.1 第一个国际防雷标准（防直击雷） 第一个防雷电电磁脉冲国际标准 我国第一个建筑物防雷标准（防直击雷） 1990年发布的 IEC 61024-1 ：建筑物防雷 第1部分 通则 第一个防雷电电磁脉冲国际标准 1995年发布的 IEC61312-1： 防雷击电磁脉冲(LEMP) 第1部分 通则 我国第一个建筑物防雷标准（防直击雷） 1983年发布的 GBJ57-83《建筑物防雷设计规范》，后来修订为GB50057。 我国第一个电子信息系统防雷标准 2004年发布的GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

标准实践——国际标准 IEC TC81标准 IEC 62305《雷电防护》系列标准 IEC 62305-1 雷电防护第1部分：总则

标准实践——国际标准 IEC TC81标准 IEC 62561《雷电防护系统组件》系列标准 IEC 62561-1 雷电防护系统组件（LPSC）第1部分：连接件要求 IEC 62561-2 雷电防护系统组件（LPSC）第2部分：导体和接地极要求 IEC 62561-3 雷电防护系统组件（LPSC）第3部分：隔离放电间隙（ISG）要求 IEC 62561-4 雷电防护系统组件（LPSC）第4部分：导体扣件要求 IEC 62561-5 雷电防护系统组件（LPSC）第5部分：接地极检测箱和接地极密封的要求 IEC 62561-6 雷电防护系统组件（LPSC）第6部分：雷击计数器的要求（LSC） IEC 62561-7 雷电防护系统组件（LPSC）第7部分：接地加强材料的要求

标准实践——国际标准 IEC TC37标准 IEC 61643《低压电涌保护器》系列标准 IEC 61643-11 低压电涌保护器第11部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法 IEC 61643-12 低压电涌保护器第12部分：低压配电系统的电涌保护器选择和使用导则 IEC 61643-21 低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络的电涌保护器—性能要求和试验方法 IEC 61643-22 低压电涌保护器第22部分：电信和信号网络的电涌保护器—选择和使用导则

标准实践——国际标准 IEC TC37标准 IEC 61643《低压电涌保护器元件》系列标准 IEC 61643-311 低压电涌保护器元件 第311部分：气体放电管（GDT）的性能要求和测试电路 IEC 61643-312 低压电涌保护器元件 第312部分：气体放电管的选择和使用导则 IEC 61643-321 低压电涌保护器元件第321部分：雪崩击穿二极管（ABD）规范 IEC 61643-331 低压电涌保护器元件第331部分：金属氧化物压敏电阻（MOV）规范 IEC 61643-341 低压电涌保护器元件第341部分：电涌抑制晶闸管（TSS）规范

标准实践——国际标准 …… IEC 其他有关标准 TC88标准 TC64标准 TC77标准 IEC 61400-24 风力涡轮机—第24部分：雷电防护 TC64标准 IEC 60364-5-53 建筑物电气装置第5-53部分：电气设备的选择和安装隔离、开关和控制设备 TC77标准 IEC 61000-4-5 电磁兼容（EMC）第4-5部分：试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验 ……

标准实践——国际标准 IEEE标准 ISO标准 IEEE Std C62.41.1 关于低压（1000V或更低）交流电源电路浪涌环境的导则 小艇 电气装置 避雷保护

标准实践——国际标准 ITU-T 《干扰防护》系列标准 …… ITU-T K.11 过电压和过电流保护导则

标准实践——国内标准 采用国际标准 雷电防护技术类 GB/T 21714.1-2008 雷电防护第1部分：总则 雷电防护第2部分：风险管理 GB/T 21714.3-2008 雷电防护第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险 GB/T 21714.4-2008 雷电防护第4部分：建筑物内电气和电子系统 GB/T 19856.1—2005 雷电防护通信线路第1部分：光缆 GB/T 19856.2—2005 雷电防护通信线路第2部分：金属导线

标准实践——国内标准 采用国际标准 防雷产品类 GB 18802.1-2011 低压电涌保护器（SPD）第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法 GB/T 18802.12-2006 低压配电系统的电涌保护器（SPD）第12部分：选择和使用导则 GB/T 18802.21—2004 低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）——性能要求和试验方法 GB/T 18802.22—2008 低压电涌保护器第22部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）选择和使用导则 GB/T 18802.311—2007 低压电涌保护器元件第311部分：气体放电管（GDT）规范 GB/T 18802.321—2007 低压电涌保护器元件第321部分：雪崩击穿二极管（ABD）规范 GB/T 18802.331—2007 低压电涌保护器元件第331部分：金属氧化物压敏电阻（MOV）规范 GB/T 18802.341—2007 低压电涌保护器元件第341部分：电涌抑制晶闸管（TSS）规范

标准实践——国内标准 自主编制标准 GB 50169-2006 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 GB 14050-2008 系统接地的型式及安全技术要求 GB 15599-2009 石油与石油设施雷电安全规范 GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范 GB 50601-2010 建筑物防雷工程施工与质量验收规范 GB 50065-2011 交流电气装置接地设计规范 GB 50650-2011 石油化工装置防雷设计规范 GB 50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范

标准实践 防雷标准化相关国际机构 IEC （国际电工委员会） IEEE （美国电子电气工程师协会） ITU（国际电信联盟电信委员会） ISO （国际标准化组织）

标准实践 防雷标准化相关国内机构 1 中国标准化协会 2 全国雷电防护标准化技术委员会 3 中国工程建设标准化协会 4 中国工程建设标准化协会雷电防护专业委员会 5 全国避雷器标准化技术委员会 6 中国气象学会雷电防护委员会 7 中国电力企业联合会

四、技术提升 大概阶段 传统防雷 现代防雷 未来防雷 大概时段 1750年～1950年 1950年～2014年 2014年～未来 保护对象 （提升） 建构筑物等 树木人畜等 增加内容： 电子设备等 电气设备等 输电线路等 移动物体等 小型电器等 区域性防雷 防护产品 金属避雷针 金属接地极 精保护元件 浪涌保护器 高科技防雷 柔性接地术 雷电储能术 防护标准 IEC 61024—1:1990 GB 50057—94 IEC 62305 IEC 61643

技术提升 从防雷电到防浪涌（电涌）是社会发展和技术进步的必然趋势 单一直击雷防护：接闪装置通过自身的高度吸引雷电击中自已，泄放雷电流，从而保护被保护物。 雷电电磁脉冲的防护：对接闪器接闪泄放雷电流过程中产生的雷电电磁脉冲和地电位反击对设备、尤其是现代电子信息系统产生的二次损害进行防护。 综合防雷：不但要考虑防直接雷击，还要防雷电电磁脉冲和地电位反击等，凡是雷电可能侵入电子信息系统的通道和途径都必须预先考虑到，并采取相应的防护措施，尽量将雷电过电压、过电流浪涌堵截消除在电子信息设备之外，对残余雷电电磁影响，也要采取有效措施将其消除或限制，才能实现对雷电的有效防护。

技术提升 防浪涌技术的巨大技术和市场空间 新型避雷针 优化避雷针：大幅降低雷电流的幅值，减缓雷电流的波头上升陡度，从而有效减小接闪器接闪时产生的雷电电磁脉冲和地电位对设备的影响； 双极针：有效降低雷云电场下被保护物表面的电场强度，阻止在被保护物上产生雷电上迎先导、防止雷云与被保护物间建立起雷电通道，让雷击发生在远离被保护物的地方，不但解决了防直接雷击的问题，而且解决了接闪器接闪时产生的二次损害问题。

技术提升 防浪涌技术的巨大技术和市场空间 新型接地装置 高压避雷器 低电阻接地模块：耐酸碱腐蚀和电化学腐蚀的能力强；满足在土壤电阻率超过2000欧姆米以上地区的接地要求。 高压避雷器 20世纪20年代,出现了铝避雷器,氧化膜避雷器和丸式避雷器。30年代出现了管式避雷器。50年代出现了碳化硅避雷器。70年代又出现了金属氧化物避雷器。现代高压避雷器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压。 。

技术提升 防浪涌技术的巨大技术和市场空间 浪涌保护器 浪涌保护器用于低压电源和信号系统，分为电源浪涌保护器、信号浪涌保护器和天馈浪涌保护器。是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，其作用是把窜入电源线、信号线的雷电流泄流入地，或将瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，保护被保护的设备或系统不受冲击。 浪涌保护器技术日新月异，发展非常迅速，小到融入电路板中SPD，大到安装在配电柜中SPD ，其应用已深入到各行各业的电子电气系统中，大大提高了各系统的雷电防护能力。 电源浪涌保护器， 10/350μs波形的浪涌保护器通流能力已达到50kA、 8/20μs波形波形的浪涌保护器通流能力已达到 160kA；信号浪涌保护器可保护的设备信号频率已超过100Mbit/s；天馈浪涌保护器可保护的设备信号频率已超过3GHz，功率超过500W 。

技术提升 防浪涌技术的巨大技术和市场空间 雷电监测装置 圣萨尔瓦托山 技术提升 防浪涌技术的巨大技术和市场空间 雷电监测装置 为进一步研究雷电现象，提高雷电防护技术，需要对发生的雷电进行监测、分析。早在1897年意大利学者便利用铁磁物质记录雷电流幅值，最近几十年世界许多国家都对雷电参数进行了观测，著名的有美国纽约帝国大厦楼高380m的雷电观测，前苏联莫斯科电视塔的测雷，瑞士San Salvadore（圣萨尔瓦托）山顶的测雷等。雷电监测产品应运而生。 根据监测目的不同，雷电监测产品功能各异。雷电监测产品从最简单的雷击计数、幅值记录、波形记录，发展到雷电电场监测、闪电定位系统、全球雷电监测系统 莫斯科电视塔

THE END 谢谢!