各國避雷標準簡介

以下是常見的避雷針標準介紹

  • 1. NFPA 780
  • 2. IEC 62305/62561
  • 3. IEEE 998
  • 4. NF C17-102
  • 5. UL 96/96A

 

 

1. NFPA 780 官方網站連結

NFPA (National Fire Protection Association)是全球知名的防火協會,他們制訂了相當多的消防標準,避雷設備的標準編號為780,標題為Standard for the Installation of Lightning Protection Systems,主要是以滾球原理(Rolling Sphere)來檢討避雷。

1904年,避雷標準NFPA 78首次被制訂,其間經過多次改版,在1992年時改成了NFPA 780,原因是那時有些ESE(放電式避雷針)製造商希望ESE避雷針可以被納入NFPA標準內,因此提出NFPA 781標準,把原本的78改成780,但是NFPA 781最後胎死腹中,沒有通過,只要上NFPA官網(連結在此)即可發現,根本沒有781標準。但即使如此,在臺灣還是有些廠商宣稱他們的放電式避雷針符合NFPA 781。

在NFPA 780/2014明文規定本標準不包含放電式避雷針或消雷系統。
1.1.3 This document shall not cover lightning protection system installation requirements for early streamer mission systems or charge dissipation systems.

NFPA 780/2004, 2008, 2011, 2014年版,ERICO公司就是技術委員之一。
 

2. IEC 62305/62561

IEC (International Electrotechnical Commission) 62305為避雷系統設計標準,共分四個章節如下:

  • IEC 62305-1:2010
    Protection against lightning - Part 1: General principles
  • IEC 62305-2:2010
    Protection against lightning - Part 2: Risk management
  • IEC 62305-3:2010
    Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard
  • IEC 62305-4:2010
    Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures

IEC 62561 則是避雷元件的測試標準,共分七個章節如下:

  • IEC 62561-1:2012
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 1: Requirements for connection components
  • IEC 62561-2:2012
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 2: Requirements for conductors and earth electrodes
  • IEC 62561-3:2012
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 3: Requirements for isolating spark gaps (ISG)
  • IEC 62561-4:2010
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 4: Requirements for conductor fasteners
  • IEC 62561-5:2011
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 5: Requirements for earth electrode inspection housings and earth electrode seals
  • IEC 62561-6:2011
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 6: Requirements for lightning strike counters (LSC)
  • IEC 62561-7:2011
    Lightning protection system components (LPSC) - Part 7: Requirements for earthing enchancing compounds

IEC避雷標準如同NFPA,兩者都不認可放電式避雷針以及消雷系統,兩者都使用傳統式的避雷針。IEC避雷針的檢討方式有角度、滾球以及銅網保護。
 

3. IEEE 998

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 998標題為IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations,在2012年版本中,本標準認可了收集體積理論(Collection Volume Method, CVM),ERICO公司System 3000避雷針就是依照CVM所設計的

本標準也是建議使用傳統式檢討方式還有CVM,也不認可放電式避雷針與消雷系統,其原文如下:

Despite the use of the above three types of air terminals around the world, to date no scientific evidence has been provided that proves these systems are superior to conventional masts and wires or that they function as claimed by the manufacturers. For example:

1. Radioactive lightning rods were banned in Europe many years ago because the resulting nuclear pollution was found to be unjustifiable by their minimal benefit. Also, they failed in field installations as was shown by Golde [B56].

2. ESE lightning rods and the associated design method in NFC 17-102 have been criticized by the scientific community for more than a decade for a number of fundamental and technical flaws in their claimed mode of operation and use for shielding against lightning (Mackerras, Darveniza, and Liew [B92]).

3. The worldwide scientific community has been unanimous in showing that it is not possible to prevent lightning strikes, despite claims by the proponents of such systems to the contrary (Mousa [B101]). The scientific consensus on lightning protection is that one needs to capture a lightning flash to a known point and then discharge the strokes into the ground safely. While state-of-the-art modeling is encouraging, the worldwide scientific community has not accepted that enhanced passive geometries demonstrate increases in striking distance by factors larger than the 20% ratio between masts and conductor striking distance suggested in this document.

 

4. NF C17-102

法國標準NF C17-102目前最新版本為2011年版,在臺灣,一般通稱放電式避雷針,也有人叫離子式、先發閃流型等名稱,他的官方英文為ESE(Early Streamer Emission)。

本標準主要是測試放電式避雷針的觸發時間Δt,然後將相關的參數帶入公式計算後即可知道避雷針保護半徑。

要注意的是,在2011年版本,標準已經修改成避雷針必需要經過一般測試(general tests),機械測試(mechanical tests),環境測試(environmental conditioning),電流測試(current withstanding test)與先發閃流測試(Early Streamer Emission)。避雷針必須要依序測試,全部通過之後才能符合標準。NF C17-102:1995年版的測試就比較簡單,只要先發閃流測試即可。有些廠商會拿舊版測試來魚目混珠,消費者要睜大眼睛,小心選用。
 

5. UL 96/96A

UL (Underwriters Laboratories Inc)是全球著名的產品安全認證機構,其避雷標準:

UL 96: Standard for Lightning Protection Components
UL 96A: Standard for Installation Requirements for Lightning Protection Systems

UL 96是避雷元件的測試標準,UL 96A則是避雷系統的設計標準,UL 96A跟NFPA 780幾乎大同小異,也是使用傳統式滾球原理的方式檢討,也不接受放電式避雷針。

 

 

各國主要突波器標準介紹

以下是常見的突波保護器標準介紹

  • 1. NFPA 780
  • 2. IEC 61643
  • 3. IEEE C62.41.2
  • 4. UL 96A/1449

 

 

1. NFPA 780 官方網站連結

NFPA (National Fire Protection Association)是全球知名的防火協會,他們制訂了相當多的消防標準,避雷設備的標準編號為780,標題為Standard for the Installation of Lightning Protection Systems,在此標準,除了提到避雷針、下導線與接地的配置、安裝方式外,同時也有提到突波保護器SPD的設計方式。

根據NFPA 780/2014年版4.20章節即是突波保護器的相關規定,根據此標準,SPD的要求如下:

  • A. 在電力和信號線路的入口處必須要安裝SPD。
  • B. 在建築物入口處,電力SPD的In值至少必須要20kA(8/20μs)
  • C. 在建築物入口處,信號SPD的Imax值至少要10kA(8/20μs)
  • D. 電力突波保護器必需要經過UL 1449認證。

當然,在NFPA 780還有其他更詳細的規定,此不贅述。在此標準裡,Imax定義為打1次不能壞,In定義為打15次不能壞。

2. IEC 61643

IEC 61643是低壓突波保護器的相關標準,其編號與標題如下所示:

  • IEC 61643-11:2011
    Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods
  • IEC 61643-12:2008
    Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Selection and application principles
  • IEC 61643-21:2000+AMD1:2008+AMD2:2012 CSV
    Low voltage surge protective devices - Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Performance requirements and testing methods
  • IEC 61643-22:2015
    Low-voltage surge protective devices - Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Selection and application principles

IEC標準非常的概念性,不太提細節,標準也定的相當鬆散,有心人士可以利用此點作出符合IEC標準但是沒有功能的SPD,詳細請見為什麼不推薦SPD依照IEC

3. IEEE C62.41.2

IEEE C62.41.2標題為:C62.41.2-2002 - IEEE Recommended Practice on Characterization of Surges in Low-Voltage (1000 V and less) AC Power Circuits。

此標準如其標題所示,是針對低壓突波器的相關特性的一些建議,在此標準中有提到,如果在暴露等級最高的Exposure 3,建議的突波保護器耐電流等級為10kA(10/350μs)或100kA(8/20μs)。

4. UL 96A/1449

UL 96A為避雷系統設計標準,裡面也是有提到SPD的安裝要求。
而UL 1449則是突波保護器的測試標準,此標準相當嚴謹,全部流程有80幾項,測試部分將近40項,全數通過才能取得認證,因此,NFPA 780和NEC(National Electrical Code)都要求SPD要經過UL 1449認證後才可以使用。

有些廠商會宣稱他的電力突波保護器是符合UL 1449,這裡要特別注意,符合標準跟UL 1449認證是完全不一樣的狀況,廠商宣稱符合不見得真的符合,取得第三公正實驗室的認證才是品質保證。

 

突波保護器(Surge Protective Device, SPD)
CNS 14676(C6424)測試?

 

曾經有客戶來電洽詢,問本公司的低壓突波保護器(以下簡稱SPD)有沒有經過CNS 14676測試?為了回答這個問題,我去查詢有關CNS 14676相關資料,CNS 14676主要的標題是電磁相容(以下簡稱EMC)-測試與量測技術。而CNS 14676相對應國際表準是IEC 61000,標題為:Electromagnetic compatibility- Testing and measurement techniques (EMC)
在CNS 14676-5中,標題為突波免疫力測試,內容確實有提到雷擊暫態,因此臺灣就有SPD製造廠商將產品送實驗室,依照CNS 14676-5 (同IEC 61000-5)做測試,就標榜該產品是經過IEC標準測試的產品。
 

IEC 61000-5 vs IEC 61643-11

本公司代理美國ERICO公司之避雷、突波設備,原廠給的SPD型錄上面,規格、測試幾乎都是寫產品依照UL 1449或IEC61643-11(以前是IEC61643-1,11是比較新出來的,因此有些產品還是會寫IEC61643-1),沒有依照IEC 61000-4或5。同時看一些世界是比較知名的SPD大廠,也都是把重點放在那兩個標準,以下是該標準的標題:

  • 1. IEC 61643-11 標題為:Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods (低壓突波器-第11部分:低壓配電系統使用的突波器-規定及測試)
  • 2. UL 1449標題為:Standard for Surge Protective Devices (突波器之標準)

先由標題來看,我們就可以知道在IEC中,針對SPD測試的標準是61643-11,而非61000-5。
 

主要差別在哪裡?

IEC 61000-5(突波免疫力測試)主要敘述的是設備本身對於突波的免疫能力,也就是說,當雷擊突波產生時,該設備本身不能壞掉。
IEC 61643-11主要則是敘述SPD的測試方式,不但是SPD本身必須要能夠承受突波的衝擊,同時也要有低的電壓保護等級(註一) (Voltage Protection Level, VPL),以保護後面的設備避免雷害。
所以簡單的說,IEC 61000-5強調的是設備本身遇到雷擊突波時不能壞,但是沒有提到通過電壓,因此是不考慮後方設備的死活。而IEC 61643-11則是關注在SPD,不但重視SPD本身承受雷的能力,同時必須將通過電壓降低,以保護後端的設備。


註一:電壓保護等級,簡單的說當雷擊突波通過突波器之後,會留下多少電壓。通過電壓越低,對設備的保護就會越好。也有稱為Voltage Protection Rating, Up, Let-through voltage等


以下是簡單的比較表格:

  IEC 61000-5 IEC 61643-11
英文標題 Electromagnetic compatibility (EMC) - Testing and measurement techniques - Part 5 : Surge immunity test Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods
中文標題 電磁相容-測試與量測技術-第5部:突波免疫力測試 低壓突波器-第11部分:低壓配電系統使用的突波器-規定及測試
重點 設備本身防突波 設備本身防突波和後方設備的突波保護(電壓保護等級)

 

結論

  • 1. CNS 14676 (IEC 61000)是電磁相容標準,非SPD標準。
  • 2. IEC 61643才是SPD標準。
  • 3. 因此建議SPD產品需要符合UL 1449或IEC 61643-11真正SPD的標準。

 



 

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