IEC 62305-4:2006
(Main)Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures
Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures
Provides information for the design, installation, inspection, maintenance and testing of a LEMP protection measures system (LPMS) for electrical and electronic systems within a structure, able to reduce the risk of permanent failures due to lightning electromagnetic impulse. This standard does not cover protection against electromagnetic interference due to lightning, which may cause malfunctioning of electronic systems. However, the information reported in Annex A can also be used to evaluate such disturbances. Protection measures against electromagnetic interference are covered in IEC 60364-4-44 and in the IEC 61000 series [1] . This standard provides guidelines for cooperation between the designer of the electrical and electronic system, and the designer of the protection measures, in an attempt to achieve optimum protection effectiveness. This standard does not deal with detailed design of the electrical and electronic systems themselves.
Protection contre la foudre - Partie 4: Réseaux de puissance et de communication dans les structures
Fournit des informations relatives à la conception, à l'installation, à l'inspection, à la maintenance et aux essais d'une installation de protection contre l'impulsion électromagnétique de foudre (IEMF). Ces installations seront adoptées dans une structure pour réduire le risque permanent de défaillances des réseaux de puissance et de communication dû aux impulsions électromagnétiques de foudre. Cette norme ne traite pas de la protection contre les perturbations électromagnétiques dues à la foudre et susceptibles d'entraîner des dysfonctionnements des réseaux de communication. Toutefois, les informations de l'Annexe A peuvent être utilisées pour évaluer ces perturbations. Les mesures de protection contre les interférences électromagnétiques sont traitées dans la CEI 60364-4-44 et dans la série CEI 61000 [1] . La présente norme donne des lignes directrices pour la coopération entre le concepteur des réseaux de puissance et de communication et le concepteur des mesures de protection pour essayer d'obtenir la protection la plus efficace. Cette norme ne traite pas de la conception détaillée des réseaux de puissance et de communication eux-mêmes.
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STANDARD 62305-4
First edition
2006-01
Protection against lightning –
Part 4:
Electrical and electronic systems
within structures
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2006-01
Protection against lightning –
Part 4:
Electrical and electronic systems
within structures
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62305-4 IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.9
INTRODUCTION.13
1 Scope.17
2 Normative references .17
3 Terms and definitions .19
4 Design and installation of a LEMP protection measures system (LPMS) .25
4.1 Design of an LPMS.31
4.2 Lightning protection zones (LPZ) .31
4.3 Basic protection measures in an LPMS .39
5 Earthing and bonding .39
5.1 Earth termination system.41
5.2 Bonding network.45
5.3 Bonding bars .55
5.4 Bonding at the boundary of an LPZ .55
5.5 Material and dimensions of bonding components.55
6 Magnetic shielding and line routing.57
6.1 Spatial shielding.57
6.2 Shielding of internal lines .57
6.3 Routing of internal lines.57
6.4 Shielding of external lines .59
6.5 Material and dimensions of magnetic shields.59
7 Coordinated SPD protection .59
8 Management of an LPMS .61
8.1 LPMS management plan .61
8.2 Inspection of an LPMS .65
8.3 Maintenance.67
Annex A (informative) Basics for evaluation of electromagnetic environment in a LPZ .69
Annex B (informative) Implementation of LEMP protection measures for electronic
systems in existing structures .121
Annex C (informative) SPD coordination .155
Annex D (informative) Selection and installation of a coordinated SPD protection.191
Bibliography.201
Figure 1 – General principle for the division into different LPZ .25
Figure 2 – Protection against LEMP – Examples of possible LEMP protection
measures systems (LPMS) .29
Figure 3 – Examples for interconnected LPZ.35
Figure 4 – Examples for extended lightning protection zones .37
Figure 5 – Example of a three-dimensional earthing system consisting of the bonding
network interconnected with the earth termination system.41
Figure 6 – Meshed earth termination system of a plant .43
62305-4 IEC:2006 – 5 –
Figure 7 – Utilization of reinforcing rods of a structure for equipotential bonding.47
Figure 8 – Equipotential bonding in a structure with steel reinforcement .49
Figure 9 – Integration of electronic systems into the bonding network.51
Figure 10 – Combinations of integration methods of electronic systems into the
bonding network .53
Figure A.1 – LEMP situation due to lightning flash .73
Figure A.2 – Simulation of the rise of magnetic field by damped oscillations .77
Figure A.3 – Large volume shield built by metal reinforcement and metal frames.79
Figure A.4 – Volume for electrical and electronic systems inside an inner LPZ n.81
Figure A.5 – Reducing induction effects by line routing and shielding measures .85
Figure A.6 – Example of an LPMS for an office building.87
Figure A.7 – Evaluation of the magnetic field values in case of a direct lightning flash .91
Figure A.8 – Evaluation of the magnetic field values in case of a nearby lightning flash .95
Figure A.9 – Distance s depending on rolling sphere radius and structure dimensions .101
a
Figure A.10 – Types of grid-like large volume shields .105
Figure A.11 – Magnetic field strength H inside a grid-like shield Type 1.107
1/max
Figure A.12 – Magnetic field strength H inside a grid-like shield Type 1.107
1/max
Figure A.13 – Low-level test to evaluate the magnetic field inside a shielded structure .111
Figure A.14 – Voltages and currents induced into a loop built by lines .113
Figure B.1 – Upgrading of LEMP protection measures and electromagnetic
compatibility in existing structures .125
Figure B.2 – Possibilities to establish LPZs in existing structures.137
Figure B.3 – Reduction of loop area using shielded cables close to a metal plate .141
Figure B.4 – Example of a metal plate for additional shielding .143
Figure B.5 – Protection of aerials and other external equipment .147
Figure B.6 – Inherent shielding provided by bonded ladders and pipes .149
Figure B.7 – Ideal positions for lines on a mast (cross-section of steel lattice mast).151
Figure C.1 – Example for the application of SPD in power distribution systems.157
Figure C.2 – Basic model for energy coordination of SPD .161
Figure C.3 – Combination of two voltage-limiting type SPDs .163
Figure C.4 – Example with two voltage-limiting type MOV 1 and MOV 2.167
Figure C.5 – Combination of voltage-switching type spark gap and voltage-limiting type
MOV .169
Figure C.6 – Example with voltage-switching type spark gap and voltage-limiting type MOV171
Figure C.7 – Determination of decoupling inductance for 10/350 µs and 0,1kA/µs surges .173
Figure C.8 – Example with spark gap and MOV for a 10/350 µs surge .177
62305-4 IEC:2006 – 7 –
Figure C.9 – Example with spark gap and MOV for 0,1kA/µs surge.181
Figure C.10 – Coordination variant I – Voltage-limiting type SPD .183
Figure C.11 – Coordination variant II – Voltage-limiting type SPD .185
Figure C.12 – Coordination variant III – Voltage-switching type SPD and voltage-
limiting type SPD .185
Figure C.13 – Coordination variant IV – Several SPDs in one element.187
Figure C.14 – Coordination according to the “let through energy” method .187
Figure D.1 – Surge voltage between live conductor and bonding bar .193
62305-4 IEC:2006 – 9 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
PROTECTION AGAINST LIGHTNING –
Part 4: Electrical and electronic systems within structures
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the m
...
NORME CEI
INTERNATIONALE 62305-4
Première édition
2006-01
Protection contre la foudre –
Partie 4:
Réseaux de puissance et de communication
dans les structures
Cette version française découle de la publication d’origine
bilingue dont les pages anglaises ont été supprimées.
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60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1.
Editions consolidées
Les versions consolidées de certaines publications de la CEI incorporant les
amendements sont disponibles. Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2
indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant
l’amendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2
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Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu par la CEI
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publications de la CEI (voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, amende-
ments et corrigenda. Des informations sur les sujets à l’étude et l’avancement des
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INTERNATIONALE 62305-4
Première édition
2006-01
Protection contre la foudre –
Partie 4:
Réseaux de puissance et de communication
dans les structures
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procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
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SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.8
INTRODUCTION.12
1 Domaine d’application .16
2 Références normatives.16
3 Termes et définitions .18
4 Conception et mise en œuvre des systèmes de mesures de protection contre l’IEMF .24
4.1 Conception d’un système de mesures de protection contre l’IEMF (SMPI).30
4.2 Zones de protection contre la foudre (ZPF) .30
4.3 Mesures de protection fondamentales des SMPI .38
5 Mise à la terre et équipotentialité.38
5.1 Système de prises de terre.40
5.2 Réseau d’équipotentialité .44
5.3 Barres d’équipotentialité.54
5.4 Equipotentialité à la frontière d’une ZPF.54
5.5 Matériaux et dimensions des éléments d’équipotentialité.54
6 Ecrans magnétiques et cheminement .56
6.1 Ecran spatial .56
6.2 Ecran des lignes internes .56
6.3 Cheminement des lignes internes.56
6.4 Ecran des lignes externes .58
6.5 Matériaux et dimensions des écrans magnétiques .58
7 Parafoudres coordonnés.58
8 Gestion d’un SMPI.60
8.1 Méthode de gestion d’un SMPI .60
8.2 Inspection d’un SMPI .64
8.3 Maintenance.66
Annexe A (informative) Eléments essentiels pour l’évaluation de l’environnement
électromagnétique dans une ZPF.68
Annexe B (informative) Amélioration des mesures de protection contre l’IEMF dans
Annexe C (informative) Coordination des parafoudres .154
Annexe D (informative) Choix et mise en œuvre de parafoudres coordonnés .190
Bibliographie.200
Figure 1 – Principe général de répartition en diverses ZPF .24
Figure 2 – Protection contre l’IEMF – Exemples de mesures de protection possibles
contre l’IEMF (SMPI) .28
Figure 3 – Exemples de ZPF interconnectées .34
Figure 4 – Exemples de ZPF étendues .36
Figure 5 – Exemple de réseau de mise à la terre tridimensionnel associant la prise de
terre et les équipotentialités interconnectées .40
Figure 6 – Prise de terre maillée d’une implantation.42
– 4 – 62305-4 CEI:2006
Figure 7 – Utilisation des armatures d’une structure pour les équipotentialités.46
Figure 8 – Equipotentialité dans une structure avec armature en acier.48
Figure 9 – Intégration des réseaux électroniques dans l’équipotentialité .50
Figure 10 – Associations de méthodes d’incorporation des réseaux de communication
dans le réseau d’équipotentialité.52
Figure A.1 – Situation de l’IEMF due à un impact de foudre .72
Figure A.2 – Simulation de l’élévation du champ magnétique dû à des oscillations
amorties .76
Figure A.3 – Ecran à large volume réalisé par armatures et ossatures métalliques .78
Figure A.4 – Volume pour les réseaux de puissance et de communciation d’une ZPF n
intérieure .80
Figure A.5 – Réduction des effets d’induction par des dispositions de cheminement et
d’écran .84
Figure A.6 – Exemple de SMPI d’un immeuble de bureaux .86
Figure A.7 – Evaluation du champ magnétique en cas de coup de foudre direct .90
Figure A.8 – Evaluation du champ magnétique dans le cas de coup de foudre proche .94
Figure A.9 – Distance s en fonction du rayon de la sphère fictive et des dimensions
a
de la structure.100
Figure A.10 – Types de volumes d’écrans en grille de grandes dimensions .104
Figure A.11 – Intensité du champ magnétique H dans un écran en grille de Type 1.106
1/max
Figure A.12 – Intensité du champ magnétique H dans un écran en grille de Type
1/max
1Dans tous les cas, il est supposé un courant de foudre maximal i = 100 kA.
o/max
Dans les deux figures, H est le champ magnétique maximal en un point dû à ses
1/max
composantes H , H et H :.106
x y z
Figure A.13 – Essai à bas niveau pour déterminer le champ magnétique dans une
structure avec écran .110
Figure A.14 – Tensions et courants induits dans une boucle due aux réseaux .112
Figure B.1 – Amélioration des mesures de protection contre l’IEMF et compatibilité
électromagnétique dans des structures existantes .124
Figure B.2 – Possibilités de création de ZPF dans des structures existantes .136
Figure B.3 – Réduction des dimensions de la boucle en utilisant des câbles écrantés
proches d’un panneau métallique.140
Figure B.4 – Exemple de panneau métallique utilisé comme écran complémentaire.142
Figure B.5 – Protection d’antennes et autres équipements externes .146
Figure B.6 – Ecran naturel fourni par des échelles et canalisations mises à la terre.148
Figure B.7 – Emplacements idéaux pour des lignes sur un mât (section des mâts en acier )150
Figure C.1 – Exemple de mise en œuvre de parafoudres dans un réseau de puissance.156
Figure C.2 – Modèle de base de coordination en énergie de parafoudres .160
Figure C.3 – Association de base de deux parafoudres à limitation de tension.162
Figure C.4 – Exemple avec courant de deux parafoudres à limitation en tension .166
Figure C.5 – Association d’un éclateur en coupure de tension et d’une varistance à
coupure de tension .168
Figure C.6 – Exemple d’éclateur en coupure de tension et de varistance en limitation
de tension.170
Figure C.7 – Principe pour la détermination de l'inductance de découplage pour des
chocs de 10/350 µs et 0,1 kA/µs .172
Figure C.8 – Exemple de coordination d’un éclateur et d’une varistance en onde de
choc 10/350 µs .176
– 6 – 62305-4 CEI:2006
Figure C.9 – Exemple de coordination entre un éclateur et une varistance en choc
0,1 kA/µs .180
Figure C.10 – Principe de coordination selon la variante I – Parafoudre à limitation en
tension.182
Figure C.11 – Principe de coordination selon la variante II – Parafoudre à limitation en
tension.184
Figure C.12 – Principe de coordination selon la variante III – SPD à coupure de
tension/SPD à limitation en tension.184
Figure C.13 – Principe de coordination selon la variante IV – Plusieurs SPD dans un
seul élément .186
Figure C.14 – Principe de coordination selon la méthode de l’«énergie passante».186
Figure D.1 – Surtension entre un conducteur actif et la borne de terre.192
– 8 – 62305-4 CEI:2006
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
PROTECTION CONTRE LA FOUDRE –
Partie 4: Réseaux de puissance et de communication
dans les structures
...
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Edition 1.0 2006-01
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
INTERNATIONALE
Protection against lightning –
Part 4: Electrical and electronic systems within structures
Protection contre la foudre –
Partie 4: Réseaux de puissance et de communication dans les structures
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Part 4: Electrical and electronic systems within structures
Protection contre la foudre –
Partie 4: Réseaux de puissance et de communication dans les structures
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– 2 – 62305-4 © IEC:2006
62305-4 IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5
INTRODUCTION.7
1 Scope.9
2 Normative references .9
3 Terms and definitions .10
4 Design and installation of a LEMP protection measures system (LPMS) .23
4.1 Design of an LPMS.16
4.2 Lightning protection zones (LPZ) .16
4.3 Basic protection measures in an LPMS .20
5 Earthing and bonding .20
5.1 Earth termination system.21
5.2 Bonding network.23
5.3 Bonding bars .28
5.4 Bonding at the boundary of an LPZ .28
5.5 Material and dimensions of bonding components.28
6 Magnetic shielding and line routing.29
6.1 Spatial shielding.29
6.2 Shielding of internal lines .29
6.3 Routing of internal lines.29
6.4 Shielding of external lines .30
6.5 Material and dimensions of magnetic shields.30
7 Coordinated SPD protection .30
8 Management of an LPMS .31
8.1 LPMS management plan .31
8.2 Inspection of an LPMS .33
8.3 Maintenance.34
Annex A (informative) Basics for evaluation of electromagnetic environment in a LPZ .35
Annex B (informative) Implementation of LEMP protection measures for electronic
systems in existing structures .61
Annex C (informative) SPD coordination .78
Annex D (informative) Selection and installation of a coordinated SPD protection.96
Bibliography.101
Figure 1 – General principle for the division into different LPZ .13
Figure 2 – Protection against LEMP – Examples of possible LEMP protection
measures systems (LPMS) .15
Figure 3 – Examples for interconnected LPZ.18
Figure 4 – Examples for extended lightning protection zones .19
Figure 5 – Example of a three-dimensional earthing system consisting of the bonding
network interconnected with the earth termination system.21
Figure 6 – Meshed earth termination system of a plant .22
62305-4 © IEC:2006 – 3 –
62305-4 IEC:2006 – 5 –
Figure 7 – Utilization of reinforcing rods of a structure for equipotential bonding.24
Figure 8 – Equipotential bonding in a structure with steel reinforcement .25
Figure 9 – Integration of electronic systems into the bonding network.26
Figure 10 – Combinations of integration methods of electronic systems into the
bonding network .27
Figure A.1 – LEMP situation due to lightning flash .37
Figure A.2 – Simulation of the rise of magnetic field by damped oscillations .39
Figure A.3 – Large volume shield built by metal reinforcement and metal frames.40
Figure A.4 – Volume for electrical and electronic systems inside an inner LPZ n.41
Figure A.5 – Reducing induction effects by line routing and shielding measures .43
Figure A.6 – Example of an LPMS for an office building.44
Figure A.7 – Evaluation of the magnetic field values in case of a direct lightning flash .46
Figure A.8 – Evaluation of the magnetic field values in case of a nearby lightning flash .48
Figure A.9 – Distance s depending on rolling sphere radius and structure dimensions .51
a
Figure A.10 – Types of grid-like large volume shields .53
Figure A.11 – Magnetic field strength H inside a grid-like shield Type 1.54
1/max
Figure A.12 – Magnetic field strength H inside a grid-like shield Type 1.54
1/max
Figure A.13 – Low-level test to evaluate the magnetic field inside a shielded structure .56
Figure A.14 – Voltages and currents induced into a loop built by lines .57
Figure B.1 – Upgrading of LEMP protection measures and electromagnetic
compatibility in existing structures .63
Figure B.2 – Possibilities to establish LPZs in existing structures.69
Figure B.3 – Reduction of loop area using shielded cables close to a metal plate .71
Figure B.4 – Example of a metal plate for additional shielding .72
Figure B.5 – Protection of aerials and other external equipment .74
Figure B.6 – Inherent shielding provided by bonded ladders and pipes .75
Figure B.7 – Ideal positions for lines on a mast (cross-section of steel lattice mast).76
Figure C.1 – Example for the application of SPD in power distribution systems.79
Figure C.2 – Basic model for energy coordination of SPD .81
Figure C.3 – Combination of two voltage-limiting type SPDs .82
Figure C.4 – Example with two voltage-limiting type MOV 1 and MOV 2.84
Figure C.5 – Combination of voltage-switching type spark gap and voltage-limiting type
MOV .85
Figure C.6 – Example with voltage-switching type spark gap and voltage-limiting type MOV.86
Figure C.7 – Determination of decoupling inductance for 10/350 µs and 0,1kA/µs surges .87
Figure C.8 – Example with spark gap and MOV for a 10/350 µs surge .89
– 4 – 62305-4 © IEC:2006
62305-4 IEC:2006 – 7 –
Figure C.9 – Example with spark gap and MOV for 0,1kA/µs surge.91
Figure C.10 – Coordination variant I – Voltage-limiting type SPD .92
Figure C.11 – Coordination variant II – Voltage-limiting type SPD .93
Figure C.12 – Coordination variant III – Voltage-switching type SPD and voltage-
limiting type SPD .93
Figure C.13 – Coordination variant IV – Several SPDs in one element.94
Figure C.14 – Coordination according to the “let through energy” method .
...
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