熊秀，李紅軍

（1.西安愛邦雷電與電磁環(huán)境實驗室，西安 710077；2.空裝駐西安地區(qū)第一軍事代表室，西安 710089）

雷電對空中、地面及水面的各類裝備均會構(gòu)成威脅，隨著我國裝備研制水平的不斷提高，對雷電防護的重視程度越來越高。在裝備防雷工作實踐中，標準至關(guān)重要，但目前航空、地面、水面各類裝備的防雷標準較多存在不完善、不協(xié)調(diào)甚至沖突的情況，嚴重制約了防雷工作的開展。鑒于國內(nèi)防雷標準制定基本參照國外主流標準，文中首先對國外雷電標準體系進行了梳理和比較，進而對國內(nèi)不同類型武器裝備的防雷標準進行技術(shù)來源及存在問題的分析。最后結(jié)合國內(nèi)外的探索經(jīng)驗，提出一些標準制訂和應(yīng)用的建議。

1 國際防雷標準體系

國際防雷標準主要包括三大類型：針對航空器的SAE ARP系列標準；針對各類民用設(shè)施和設(shè)備的IEC標準；針對軍用設(shè)施和設(shè)備的美軍標。

1.1 針對航空器的SAE ARP系列標準

美國機動車工程師學會（SAE）制訂了一系列與航空器雷電相關(guān)的 ARP（Aerospace Recommended Practice）標準，具體包括：ARP 5412B—2013《雷電環(huán)境及相關(guān)試驗波形》；ARP 5413—1999《飛機電氣電子系統(tǒng)的雷電間接效應(yīng)的驗證》（2007年取消，由AC 20-136A替代，AC 20-136已更新為B版本）；ARP 5414B—2018《飛機雷電分區(qū)》；ARP 5415B—2020《雷電間接效應(yīng)驗證指南》；ARP 5416A—2013《飛機雷電試驗方法》；ARP 5577—2002《飛機直接效應(yīng)驗證》。

圖1中的 DO160[1]第 22章及 23章雖然不屬于ARP標準，但其技術(shù)內(nèi)容完全來源于ARP 5416[2]，可視作 ARP的衍生標準。歐洲的航空雷電標準（EUROCAE發(fā)布的ED系列標準）通常與ARP標準等同，且同步發(fā)布。另外，一些發(fā)布較早的針對軍用航空器防雷的標準（如MIL-STD-1757A[3]《航空航天器及硬件的雷電鑒定試驗方法》、MIL-STD-1795A[4]《航空航天器及硬件的雷電防護》）均已廢止，不再使用，而是直接采用ARP及DO160標準。因此，ARP系列防雷標準幾乎可視作國際航空器防雷標準的統(tǒng)一源頭。

1.2 針對各類民用設(shè)施和設(shè)備的IEC標準

針對地面設(shè)施和設(shè)備的防雷標準以IEC 62305為基礎(chǔ)，包括4個標準，如圖2所示。

圖2 IEC 62305系列標準Fig.2 IEC 62305 standard group

1）IEC 62305-1[5]《雷電防護 第一部分：總則》。該標準主要描述了雷電環(huán)境及各類雷擊的參數(shù)，是進行防護設(shè)計、仿真及驗證的基礎(chǔ)。

2）IEC 62305-2[6]《雷電防護 第二部分：風險管理》。該標準描述了雷擊損失相關(guān)的風險評估方法。

3）IEC 62305-3[7]《雷電防護 第三部分：建筑物的物理損壞和生命危險》。該標準描述了直接雷擊防護系統(tǒng)，包括外部接閃系統(tǒng)和內(nèi)部搭接系統(tǒng)，以及對接觸和跨步電壓威脅人身安全的防護措施。

4）IEC 62305-4[8]《雷電防護 第四部分：建筑物內(nèi)的電子電氣系統(tǒng)》。該標準描述了建筑物內(nèi)部雷電間接效應(yīng)的防護措施。

IEC 62305標準最新版本于2011年發(fā)布，其余的針對各類地面設(shè)施或系統(tǒng)的防雷標準基本上都是以該標準為基礎(chǔ)。如風力發(fā)電機標準 IEC 61400-4:2010[9]《風力發(fā)電機 第24部分：雷電防護》，其中規(guī)定的環(huán)境、風險評估方法和部分接地搭接方法引自IEC 62305標準，但防護設(shè)計方法及試驗方法等是根據(jù)自身特點來規(guī)定的。

IEC 62305-1與ARP 5412B[10]中的標準雷電參數(shù)因選用的數(shù)據(jù)源不同而略有差異，更大的不同體現(xiàn)在試驗及分析的波形描述上，見表1。從表1可以看出，2個標準規(guī)定的雷電波形參數(shù)有明顯區(qū)別，必然會導致基于這些不同波形的分析、設(shè)計及試驗也存在較大差別。

表1 標準雷電波形參數(shù)差異Tab.1 Lightning waveform parameter differences between two standards

1.3 針對軍用設(shè)備的美軍標

MIL-STD-464C[11]《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)要求》由美國國防部于2010年發(fā)布，該標準對軍用設(shè)備（包括飛機）的雷電防護能力提出了要求。其5.5節(jié)規(guī)定：“對于雷電的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)，系統(tǒng)都應(yīng)滿足其工作性能的要求……符合性應(yīng)通過系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備和部件（如結(jié)構(gòu)件和天線罩）級試驗、分析或其組合來驗證。”MIL-STD-464C中的雷電波形引自 SAE ARP 5412，與IEC系列標準中的雷電參數(shù)有差異。

MIL-STD-461G[12]《對分系統(tǒng)和設(shè)備的電磁干擾特性的控制要求》中新增“CS117雷電感應(yīng)瞬態(tài)敏感度傳導試驗”主要針對機載設(shè)備，依據(jù)DO160G制定。

另外有一些針對地面設(shè)施的美軍標，如MIL-STD-188-124B[13]《包括地基通信電子設(shè)施設(shè)備在內(nèi)的遠程戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)通用的接地、連接、屏蔽》和針對軍用地面設(shè)施的 UFC 3-575-01[14]《雷電與靜電防護系統(tǒng)》中，關(guān)于防雷的技術(shù)內(nèi)容則類似于前面所述的IEC標準。

2 國內(nèi)防雷標準體系

對照國際防雷標準，國內(nèi)的防雷標準也可以相應(yīng)地分為航空類、民用設(shè)施設(shè)備類和武器裝備類。

2.1 航空類

由于國內(nèi)以前的航空產(chǎn)業(yè)主要針對軍用裝備，航空器的防雷標準主要為軍標。現(xiàn)行有效的民用標準為：

1）HB 6167.24—2004[15]《民用飛機機載設(shè)備環(huán)境條件和試驗方法 第24部分：雷電感應(yīng)瞬態(tài)敏感度試驗》，該標準等同翻譯RTCA/DO-160G Section22。

2）HB 6167.25—2014[16]《民用飛機機載設(shè)備環(huán)境條件和試驗方法 第25部分：雷電直接效應(yīng)試驗》，該標準等同翻譯RTCA/DO-160G 第23章。

2.2 民用設(shè)備類標準

民用設(shè)備通常是位于建筑物內(nèi)，因而其防雷主要是針對間接效應(yīng)，在標準中通常作為建筑物（設(shè)施）雷電防護的一部分。

GB/T 21714—2015系列標準等同翻譯IEC 62305系列標準，包括：GB/T 21714.1[17]《雷電防護 第 1部分：總則》、GB/T 21714.2[18]《雷電防護 第2部分：風險管理》、GB/T 21714.3[19]《雷電防護 第3部分：建筑物的物理損壞和生命危險》、GB/T 21714.4[20]《雷電防護 第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)》。

國內(nèi)民用設(shè)施方面，影響較大的標準還包括GB 50057—2010[21]《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》與GB 50343—2012[22]《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》。這兩部標準內(nèi)容較全，包括防護要求、防護方法、防護系統(tǒng)等，除了雷電參數(shù)和風險評估方面的內(nèi)容，大致可以對應(yīng)IEC 62305系列標準。

其余的標準主要針對具體行業(yè)的設(shè)施設(shè)備和防護器件，技術(shù)源頭基本來自IEC 62305。主要包括：GB 18802.1—2011《低壓電涌保護器 第一部分：性能要求和試驗方法》、GB 15599—2009《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》、GB 50650—2011《石油化工裝置防雷設(shè)計規(guī)范》、GB/T 3482—2008《電子設(shè)備雷擊試驗方法標準》、GB/T 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》、GB/T 7450—1987《電子設(shè)備雷擊保護導則》、TB/T 3074—2003《鐵道信號設(shè)備雷電電磁脈沖防護技術(shù)條件》、NB/T 31039—2012《風力發(fā)電機組雷電防護系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等。

2.3 武器裝備類

武器裝備類防雷標準包括：GJB 1389A—2005《系統(tǒng)級電磁兼容性要求》、GJB 8848—2016《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗方法》、GJB 2639—1996《軍用飛機雷電防護》、GJB 3567—99《軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法》、GJB 1804—93《運載火箭雷電防護》、GJB 7899—2012《航天發(fā)射場雷電預警與報警規(guī)程》、GJB 5080—2004《軍用通信設(shè)施雷電防護設(shè)計與使用要求》、GJB 6784—2009《軍用地面電子設(shè)施防雷通用要求》、GJB 7581—2012《機動通信系統(tǒng)雷電防護要求》、GJB 8007—2013《地地導彈武器系統(tǒng)雷電防護通用要求》。

針對以上標準作以下說明：

1）GJB 8848—2016[23]中關(guān)于飛機的試驗方法依據(jù)GJB 3567執(zhí)行，地面裝備的試驗方法參考了飛機類標準中的直接效應(yīng)試驗方法和間接效應(yīng)試驗方法。

2）GJB 2639—1996[24]提出了軍用飛機的雷電防護要求，要求包括雷電防護計劃、設(shè)計要求及檢驗3個部分。

3）GJB 3567—99[25]和 GJB 1804—93[26]均參考了MIL-STD-1757A中的試驗方法，只規(guī)定了直接效應(yīng)試驗方法，沒有機載設(shè)備雷電感應(yīng)瞬態(tài)敏感度試驗方法。GJB 1804—93中關(guān)于雷電防護要求的部分則參考了MIL-STD-1795A。

4）最后4項標準為地面設(shè)施防雷要求，這4項標準的內(nèi)容主要參考針對地面建筑的IEC和GB，與前面的幾項標準在內(nèi)容來源上有很大差異。

3 航空與地面裝備的防雷標準差異

以GJB 2639—1996《軍用飛機雷電防護》和GJB 6784—2009[27]《軍用地面電子設(shè)施防雷通用要求》為例，來說明航空與地面裝備防雷標準的差異。從表2可以看出，兩個標準差異明顯。大體而言，同樣是提防雷要求的標準，航空防雷標準重點在提要求和驗證，而地面裝備的防雷標準重點在設(shè)計實現(xiàn)和工程實施。這些差異，一方面是因為地面設(shè)施和航空器本身特點不同，另外也與技術(shù)來源及標準架構(gòu)有直接關(guān)系。

表2 航空與地面裝備防雷標準的差異Tab.2 Differences between airborne and ground equipment lightning protection standards

4 裝備防雷標準應(yīng)用及存在的問題

4.1 軍用航空器防雷標準的應(yīng)用

目前軍用航空器使用的標準如圖3所示。國際上航空器的防雷標準體系較為完善，在軍用航空的防雷實踐中，當沒有可依據(jù)的國軍標時，往往直接參考國際標準，因此目前實際發(fā)揮作用最大的標準還是ARP5416及DO160。

圖3 軍用航空器標準應(yīng)用現(xiàn)狀Fig.3 Current standards application on military aircraft

4.2 地面武器裝備

目前可用的標準除了 GJB 1389A與 GJB 8848外，還有2.3小節(jié)所列的GJB 5080、GJB 6784、GJB 7581、GJB 8007。這些標準由于其來源主要針對設(shè)施，重點在設(shè)計實現(xiàn)上，沒有提供明確的雷電波形及試驗考核方法，在進行驗證時，只能參考GJB 8848中提供的方法，因此不利于在軍用裝備上的實施貫徹。

水面裝備目前可依據(jù)的防雷標準則更少，目前主要依據(jù)GJB 8848進行試驗，在防護設(shè)計中，參考民用建筑類的標準（比如GB 50057等）。

4.3 武器裝備防雷標準體系存在的問題

當前武器裝備防雷標準體系存在的問題包括以下幾個方面。

1）標準體系不完善。從上文的討論中可以看出，雖然航空器的防雷設(shè)計及驗證已經(jīng)大范圍開展，但與國外相比，仍滯后不少。地面與水面裝備的防雷標準欠缺更多，很多裝備沒有可直接依據(jù)的標準。

2）來源于SAE與IEC的標準不協(xié)調(diào)。系統(tǒng)級的2個標準GJB 1389與GJB 8848中的雷電環(huán)境是按照航空器的標準來確定的，而其他防雷國軍標基本參照IEC，基本的雷電波形及參數(shù)就不一樣，其他的諸多差異在表2中已列出。

3）地面裝備的軍標沒有明確的試驗方法與指標。這些標準對于設(shè)計規(guī)定較為詳細具體，但往往沒有明確的試驗方法和雷電參數(shù)，這與武器裝備研制中以試驗考核牽引設(shè)計的原則不符合，使得標準的可執(zhí)行性不夠。比如 GJB 8007[28]“4.4.6 質(zhì)量要求”中規(guī)定：“車輛的雷電防護裝置試驗應(yīng)參照GJB 3567進行全尺寸部件附著點試驗、結(jié)構(gòu)直接效應(yīng)試驗、電暈和流光的直接效應(yīng)試驗，參照GB/T 18802.21—2004[29]進行電氣入口端浪涌電流試驗，參照GJB 2093[30]進行屏蔽效能試驗”。這樣規(guī)定可視作考慮到了設(shè)計驗證的問題，但也必然帶來以下問題：按照GJB 3567進行直接效應(yīng)試驗導致設(shè)計時考慮的雷電波形參數(shù)與試驗時的參數(shù)不一致；GB/T 18802.21—2004是針對SPD的試驗考核方法，并不能覆蓋設(shè)備及分系統(tǒng)的間接效應(yīng)試驗。

4）間接效應(yīng)防護驗證不協(xié)調(diào)的問題。航空器與地面裝備標準的不協(xié)調(diào)在間接效應(yīng)防護驗證上體現(xiàn)得最為明顯。航空裝備的間接效應(yīng)按照不同等級進行設(shè)備或系統(tǒng)的瞬態(tài)注入考核，而IEC標準中對間接效應(yīng)的試驗主要是針對 SPD防護器件，而且由于民用SPD一般為貨架定型產(chǎn)品，通常是由生產(chǎn)廠商進行出廠試驗，地面裝備的防雷標準中沒有明確規(guī)定系統(tǒng)或設(shè)備的防雷試驗方法。

5 裝備防雷標準應(yīng)用及編制的建議

鑒于上述不同來源軍用標準之間的不協(xié)調(diào)，在防雷工作實施及一些新的標準規(guī)范制定中，已經(jīng)開始考慮標準的協(xié)調(diào)融合問題。最典型的需要融合的場景包括：

1）系統(tǒng)中包含不同類型的分系統(tǒng)。比如軍用浮空器系統(tǒng)，空中部分的雷電環(huán)境跟航空器類似，而地面部分的設(shè)施和設(shè)備明顯與空中不同。近期的實踐中是將空中部分參照ARP 5416和DO160進行設(shè)計和試驗，而地面部分更多地參考GB 50057來設(shè)計，其直接效應(yīng)試驗驗證參照空中部分，而間接效應(yīng)驗證主要體現(xiàn)在對SPD的試驗上。SAE AE2近期即將發(fā)布一項關(guān)于無人機系統(tǒng)地面設(shè)備的雷電試驗標準[31]。該標準的思路是參照DO160設(shè)定5個試驗等級，但試驗波形融合了DO160中的試驗波形與IEC電信防雷標準中的波形，確保試驗波形盡可能體現(xiàn)實際場景可能出現(xiàn)的波形。這應(yīng)該是一種值得參考的標準融合的思路。

2）一個標準同時兼顧不同類型的裝備對象。典型實例是GJB 8848《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗方法》，該標準需要兼顧海陸空等多類型的裝備，在規(guī)定了統(tǒng)一的雷電試驗波形的基礎(chǔ)上，對不同裝備的試驗方法分別進行規(guī)定：航空裝備直接采用GJB 3567，而地面裝備則另外規(guī)定了試驗方法。對于下一層級的設(shè)備/分系統(tǒng)級的試驗，如果能在雷電波形與試驗方法方面與GJB 8848保持一致，則更有利于標準的執(zhí)行。

3）將地面設(shè)施與裝備區(qū)分對待，地面設(shè)施與裝備的防雷措施經(jīng)常是密切相關(guān)的。對于軍用設(shè)施，可以按照IEC標準體系進行防護設(shè)計及工程實施，但裝備的防雷標準應(yīng)著重明確研制要求和試驗鑒定方法。

6 結(jié)論

隨著裝備雷電防護需求越來越多，防雷標準存在的問題會越來越突顯，因此需要引起相關(guān)單位的重視。武器裝備的防雷標準應(yīng)進行梳理和協(xié)調(diào)，使用統(tǒng)一的雷電標準參數(shù)，同時考慮不同裝備的特點，明確防護要求和考核驗證方法，如此才能更有效地推動裝備防雷能力的提升。