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新ABNT NBR 5419：雷电防护

新巴西标准与IEC 62305标准之间的的差异

H. E. Sueta^１　G. F. Burani^１　J. Modena^２　J. C. O. Silva^３　N.V. B. Alves^４

(1.Institute of Energy and Environment ,University of Satilde;o Paulo 2.Satilde;o Paulo，Brazil　Guismo Engenharia，Satilde;o Paulo，Brazi　3.Emerson Network Power，Jacareiacute; – SP, Brazill　4.Termoteacute;cnica Paacute;ra-raios，Belo Horizonte, Brazil)

摘要：本文介绍了新巴西防雷标准ABNT NBR 5419与其所依据的IEC 62305系列标准的主要区别。

关键词：雷电，标准，雷电防护，地闪密度

1. 引言

ABNT NBR 5419：2005^[1]的新版本预计将于2013年出版。它是依据IEC 62305系列的第1，2，3和第4部分^[2,3,4,5]制定的。同样，新的ABNT NBR 5419也将分为4部分出版，主要作为对IEC标准的翻译。在巴西版本中，一些部分和参数将被修改或取消。本文阐述了这两个标准之间最重要的修改。

首先，值得一提的是，新巴西标准的发布将是防雷技术和理论向前迈出的重要一步。基于IEC 61024等旧标准的现行版本有42页，而新版本的四个部分将达到约400页。在技术大会^[6,7,8,9]上已经提出了一些指出2005年版本和新版本之间差异的技术工作。

新的ABNT NBR 5419和现行的IEC 62305之间的主要区别之一是第2部分（风险评估）的附录（附录F）中巴西5个地区的N_g图。这些图是由INPE（国家空间研究所）的大气电力小组ELAT提供的。 另一个重要的区别是如第3部分所述的，在接闪器和引下线系统中使用的铜导线的尺寸。

1. 地闪密度

地闪密度(N_g)是风险评估和LPS（雷电防护系统）设计中的一个重要参数。

N_g数据来自NBR 5419：2005中给出的雷电活动水平。而这些数据的质量受到了质疑，特别是全国等雷暴频率图（图1）。

从包括卫星图像（LIS）在内的LLS（闪电定位系统）等现代手段获得的N_g以及T_d数据与上述地图中的数据存在差异^[10,11]。

现行标准中两幅地图的数据也有所不同（图B.1a和B.1b^[1]，本文中的图1和图2）。这主要是由于在数据提出的不同时期，其条件也不同。在较低的程度上，气象系统的实际变化可能是随着时间的推移而发生的。

如图2所示的东南地区的地图，与LLS得到的数据一致^[11]。 但是，对于其他地区，在标准中没有提供可靠的数据。尽管是在有着强大的闪电检测和定位技术的今天，在国家标准中采用这种新数据时也必须谨慎。

图1：年平均雷暴日水平—ABNT NBR 5419/2005中的图B.1a

图2：年平均雷暴日水平—ABNT NBR 5419/2005中的图B.1b（东南地区）

国际标准IEC 62305-2^[3]建议使用来自LLS网络的N_g图。在缺乏这些数据的情况下，它建议从雷电活动水平（T_d）出发，根据N_gasymp;0.1T_d的关系来估算N_g值。但是，巴西还没有覆盖全国的LLS网络的数据，所以可以采用国家标准中的数据，也可以采用可靠的T_d数据。

巴西第一个LLS网络已经运行了相当长的时间，大约20年左右，经历了一个具有不同探测效率、精度和覆盖范围的演进过程。 来自LLS网络的数据现在尚不适合在国家标准中使用，除非它们能采用一种共同和统一的测量方法在足够长的时间内覆盖整个国家。

在一些地区（比如南部和东南部），现在可以使用LLS数据（例如RINDAT、BrasilDat）。在其他区域，现有的可用数据采集周期太短或根本不存在。但无论如何，该标准应该为所有情况提供解决方案。几年前，适用于整个国家的唯一可用数据虽然有些不稳定，但却是热门程度（T_d）。现在，来自NASA的星载闪电成像传感器LIS 14年累积的数据已经可以使用。这些数据更好地表现了全国各地的地闪分布，并与LLS数据之间具有合理的相关性，可以对它们进行比较。

调查发现，LIS是目前可使用的为下一期标准提供N_g数据的最合适的技术。它在过去14年中积累的数据与东南地区LLS网络获得的地闪分布一致，并与当前NBR 5419给出的同一地区更为详细的年平均雷暴日水平图（图2）一致。

新标准的N_g值由ELAT从LIS数据转换而来（图3）。除了在标准中提供具有适当图象质量的N_g地图外，在互联网上也将提供相同的数据，用户可以通过这些数据输入坐标获得N_g。

为了正确地显示地图，它们被列入标准的新的特定的附件中。其中包括六幅地图：一幅是全国地图，其余的是巴西五个地理区域的地图。

图3：巴西标准的新Ng图—全国

图4：巴西标准的新Ng图—北部地区

图5：巴西标准的新Ng图—东北地区

图6：巴西标准的新Ng图—中、西部地区

图7：巴西标准的新Ng图—东南地区

图8：巴西标准的新Ng图—南部地区

3.接闪器和引下线系统

在IEC ^[4]的第3部分和新的巴西标准中，表6给出了接闪器和引下线的材料，配置和最小横截面积。在表6中，以实心带、实心圆以及绞合形式使用的铜导体的标准尺寸有所不同。

这些导体的最小尺寸在IEC中规定为50 mm²。在新的巴西标准中，相同导体的最小尺寸是35mm²。负责NBR 5419修订的ABNT研究委员会CE-64.10在经过了仔细考虑之后决定使用更小的导体尺寸。值得一提的是，现行标准规定的接闪器系统铜导线的最小尺寸为35 mm²，引下线的最小尺寸为35 mm²或16 mm²，具体取决于结构高度。如果导体尺寸增加到50 mm²将导致LPS的成本大幅增加，在研究^[7]给出了这种成本变化的一些例子。

同IEC TC 81的一些与会者进行了商议，得出的结论是没有技术上的原因，更多的是关于材料标准化的问题。

研究^[12]考虑了不同的扭矩来模拟在脉冲和持续电流作用下的紧、松连接 ，采用分体螺旋型连接器对不同尺寸的铜电缆和相同尺寸的电缆之间的接头进行了实验研究，得出了类似的结果。

使用分体螺栓型连接器对36个裸铜电缆接头样品进行了测试。电缆接头的标称尺寸分别为16mmsup2;，35mmsup2;和50mmsup2;，其中一半的接头有两个连接器，另一半只有一个。对于接头的质量，分别用较强的扭矩(2 N_m)和较弱的扭矩(lt; 2 N_m)对接头进行了模拟试验。这个操作是模拟在LPS维护不足的情况下可能发生的弱连接。

最初，所有样品的（接触）电阻都是在应用之前测量的。然后以脉冲电流为600A，持续时间为580 ms(充电约350 C)的连续电流进行模拟实验。在一些样品中，更多其他的应用是以更高的电流或持续时间值进行的。

对一些样品也进行了一些具有较高脉冲电流的测试。这些测试是在IEE-USP的脉冲电流实验室中以可能的最高值进行的。

每次使用后，对样品进行目视检查，无论是进行电弧、焊接还是熔化，都没有任何样品出现任何形式的损坏，图9显示了其中一个样品，其接头由不同尺寸的电缆和仅一个开口螺栓连接器制成。经由上述考虑和验证，已经可以确定铜电缆的标称尺寸可以小于IEC标准。

图9：用不同尺寸的电缆和一个连接器连接（经过测试）

4. 其他差异

关于接地系统，IEC^[4]定义了两种接地方式：A和B。在新的巴西标准中，A型接地方式被取消了。

A型接地方式包括水平或垂直接地电极，安装在受保护结构的外围，连接到未形成闭环的引下线或基础接地电极上。

在巴西,由于旧的做法是使用单根2.4米或3米接地电极连接到引下线，为了与其他标准协调一致，巴西技术委员会决定从标准中删除A型结构，强制使用B型结构，因为这被认为是一种更完整、更安全的安排。

第3部分附录E（防雷系统的设计，建造，维护和检查指南）^[4]，包含一些已从巴西标准中删除的图片和部分。由于附件E提供了大量资料，巴西技术委员会删除了一些说明某些保护形式的图纸，因为这是一项标准，可以被定性为一项义务，同时也可以考虑其他技术。

第4^[5]部分的图片10和11也被删除了。因为有一些数据说明了在混凝土中可以使用钢筋作为等电位联结和保护的一部分，巴西技术委员会认为，这可能会使读者误将混凝土中的钢筋用作电力系统的保护接地（PE）。

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图10：从巴西标准中删除的IEC 62305-4[5]的图7

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图11：从巴西标准中删除的IEC 62305-4[5]的图8

文本的其他部分，特别是第3部分的^[4]，涉及某些专业人员的技能资格和能力资格的部分，已在巴西版本中作了修改，因为这些资格或名称与国际模式不同。

在巴西标准第3部分中引入了一个段落，在LPS的设计中禁止使用某些声称具有特殊功能的接闪系统，例如早期的流光发射（ESE）或闪电抑制系统：

“LPS的设计、安装和材料必须完全符合这个标准。任何人为增加避雷针保护半径或抑制闪电发生的办法，例如使用形状特殊的避雷针、金属导电率高的避雷针、电离、放射性或非放射性的避雷针等都是不允许的。安装此类避雷针的LPS应调整尺寸以符合标准要求。 根据国家核能委员会（CNEN）第04/89号决议，必须拆除含有放射性物质的避雷针。”

巴西禁止使用带有放射性物质的避雷针，在巴西标准中不推荐使用特殊的，非科学证明的可以提高性能的接闪器。

1. 结论

雷电防护标准正变得越来越概念化和复杂化，涉及电子技术的各个领域。在将国际标准调整为国家标准时，自然会需要一些改变或者在技术上更加方便。

本文介绍了即将推出的ABNT NBR 5419系列和IEC 62305系列之间的主要区别。

感谢

作者谨向INPE(国家空间研究所)大气电力小组ELAT，特别是Kleber Naccarato博士和Osmar Pinto博士表示感谢。 由他们指导、开发和提供符合新标准的Ng地图。同时也要感谢COBEI研究小组64.10的同事们在NBR 5419修订过程中付出的努力。（COBEI是巴西ABNT电力委员会）。

参考文献:

[1] ABNT – Associaccedil;atilde;o Brasileira de Normas Teacute;cnicas, “ABNT NBR 5419– Proteccedil;atilde;o de estruturas contra descargas atmosfeacute;ricas” , 2005, in Portuguese.

[2] IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION – IEC 62305 -1, 2ordm; edition, 2010 – Protection against lightning – Part 1: General principles.

[3] IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION – IEC 62305 -2, 2ordm; edition, 2010 – Protection against lightning – Part 2: Risk Management.

[4] IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION – IEC 62305 -3, 2ordm; edition, 2010 – Protection against lightning – Part 3: Physical damage to structures and life hazard.

[5] IEC – INTERNATIONAL ELEC

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