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《雷电电磁脉冲的防护 第2部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地》GB/T 19271.2-2005
住房和城乡建设部
实施时间:2006-04-01
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3 格栅形空间屏蔽

3 格栅形空间屏蔽

    实际上,建筑物或房间的大空间屏蔽体是用诸如金属支架、金属框架或钢筋等自然部件构成的。这些部件构成了一个格栅形的大空间屏蔽。穿过屏蔽层的导电物体应该就近与屏蔽层作等电位连接。
    图3从原理上给出了如何用钢筋混凝土中的钢筋以及金属框架(用于金属门及可能被遮封的窗户)构成建筑物或房间的大空间屏蔽体。
    当对屏蔽有效性不做专门实验或理论研究,其衰减可按如下方法进行估算。

3.1 邻近雷击情况下的格栅形空间屏蔽
    图4给出了邻近雷击的情况。被屏蔽空间的入射磁场可近似看作一个平面波。
    LPZ0区的入射磁场强度Ho可按下式计算:

    式中:
        io——雷电流,单位为安(A)。
        Sa——雷击点至所考虑的被屏蔽空间的平均距离(见图4),单位为米(m)。
    由此得出

    式中:
        if/max——首次雷击电流最大值,单位为安(A),按保护级别选定;
        is/max——后续雷击电流最大值,单位为安(A),按保护级别选定。
    虽然表1仅对平面波有效,但磁场强度由Ho衰减至LPZ1内部的磁场强度H1,其衰减量仍可由表1所给出的求SF值的公式得出。由表1公式估算出的衰减系数对LPZ1区内的安全空间Vs有效,Vs是以与屏蔽体保持一安全距离ds/1而确定的空间(见图5)。

    式中:
        SF——由表1的公式估算出的屏蔽系数,单位为分贝(dB);
        W——该格栅形屏蔽体的网格宽度,单位为米(m)。
    由SF值可计算出LPZ1区中空间体Vs内的磁场强度H1

    式中:
        SF——由表1的公式估算出的屏蔽系数,单位为分贝(dB)。
        Ho——LPZ0区的磁场强度,单位为安每米(A/m),首次雷击与后续雷击磁场强度最大值分别等于Ho/f/max、Ho/s/max

3.2 直接雷击情况下的格栅形空间屏蔽
    为了防雷,建筑物的屏蔽(围绕LPZ1的屏蔽)可以是LPS的一部分,因此,雷电流可能沿着它而流动。对此类屏蔽,直接雷击下其内部磁场的特征目前尚未确定。
    格栅形空间屏蔽体实际上是由如钢框架、金属支架以及钢筋等所构成。这些屏蔽体可能围绕LPZ1区而建。
    闪电可能击中建筑物屋顶上的任意一点。

    式中:
        dr——所考虑点至LPZ1屏蔽体顶部的最短距离,单位为米(m);
        dw——所考虑点至LPZ1屏蔽体侧面的最短距离,单位为米(m);
        if/max——首次雷击电流的最大值,单位为安(A),按保护级别选定;
        is/max——后续雷击电流的最大值,单位为安(A),按保护级别选定;
        KH——形状系数(1/),取KH=0.01(1/);
        W——LPZ1格栅形屏蔽体的网格宽度,单位为米(m)。
    这些磁场强度计算公式仅对格栅形屏蔽体内部的空间Vs有效,Vs是以与屏蔽体保持一安全距离ds/2而确定的空间(见图5)。

    (电子)信息设备只应安装在空间Vs内。因此,紧挨着格栅处的特高磁场值不应再当作信息设备的干扰源来考虑。
    磁场强度计算的其他资料见附录C。

3.3 围绕LPZ2区及LPZ2以上防雷区的格栅形空间屏蔽
    围绕LPZ2区及LPZ2以上防雷区的格栅形屏蔽体,基本上不会流过明显的部分雷电流。因此,在初步探讨中可以用表1所给出的求SF值的公式来估算由LPZn(n≥1)区内部的磁场强度Hn减至LPZ(n+1)区内部磁场强度Hn+1的衰减量,虽然表1仅适用于平面波。
    由表1的公式计算出的衰减系数仅对LPZ(n+1)区内的某一空间有效,该空间是以与该区屏蔽体保持一安全距离ds/1而确定的空间。

    式中:
        SF——由表1的公式计算出的屏蔽系数,单位为分贝(dB);
        W——该格栅形屏蔽体的网格宽度,单位为米(m)。
    由表1所求出的衰减系数可计算出LPZ(n+1)区内部的磁场强度Hn+1

    式中:
        SF——由表1的公式计算出的屏蔽系数,单位为分贝(dB);
        Hn——LPZn区内部的磁场强度,单位为安每米(A/m)。

3.4 格栅形空间屏蔽体内部的磁场强度的实验测定
    除了理论计算外,还可采取测量方法估量被屏蔽建筑物的内部磁场。图6给出了用雷电流发生器在被屏蔽建筑物的任意一点上模拟直接雷击的一个建议。通常,此类的试验可以采取低电平试验来进行,在这些低电平试验中模拟的雷电流波形应与原始的雷电流相同。

3.5 安装规则
    穿越格栅形屏蔽体的导电部件应尽可能就近与屏蔽体作等电位连接。
    等电位连接网络(见4.2)是一种网格系统,它包括了内部所有大尺寸导电部件(如GB/T 19271.1-2005中3.4.2.1所规定),该网格系统还可减少大空间屏蔽体内部的磁场。采用网格宽度在几米范围的网格系统,就构成了许多衰减环路。M型等电位连接网络(如GB/T 19271.1-2005中3.4.2.2所规定)也起相同的作用。
    注:如果安装了4.2所规定的等电位连接网络,且遵循在此给出的安装规则,则根据3.1至3.3所计算的各个LPZ区内的磁场强度一般将额外地减小一半(相当于6dB)。
    供电和信息系统的导线和电缆应尽可能靠近等电位连接网络的金属部件敷设。将导线和电缆嵌入等电位连接网络中的金属护套内(如U型导管或金属管)则更为有利(见IEC 61000-5-2)。
    在LPZ的交界处由于磁场强度相当强,应特别注意导线及电缆的安装(见GB/T 19271.4-2005第4章)。
    图5所示为用于安装信息设备的内部空间Vs,信息设备应放置于与LPZ的屏蔽体的安全距离分别满足ds/1及ds/2的地方。
    由各种设施构成的各种环路中,磁感应电压及电流的计算见附录B。感应电压及电流导致对信息设备的传导性共模干扰(见图7)。

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