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室外防雷设计  

2008-07-09 08:42:01|  分类: 安防知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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A.1  雷击损坏的主要原因

A.1.1  直击雷

l              雷电直接击在露天的设备(如摄像机等)上造成设备损坏;

l              雷电直接击在架空电缆上造成电缆熔断。

A.1.2  感应雷

感应雷对设备的损害没有直击雷猛烈,但它比直击雷发生的几率大得多,有统计显示,感应雷击约占现代雷击事故的80%以上。

感应雷包括传导雷、地电位反击、电磁感应、静电感应等。

1. 传导雷

系统的电源线、信号传输线或进入该系统的其它金属电缆遭到雷击或被雷电感应,雷电波沿着这些金属导线/导体侵入设备,导致高电位差使设备损坏。

2. 地电位反击

直击雷防护装置(避雷针)在引导强大的雷电流流入大地时,在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压,对周围与它们靠得很近却又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差,这个电位差引起的电击就是地电位反击。这种反击不仅足以损坏电器和设备,也可能造成人身伤害或火灾爆炸事故。

3. 电磁感应

当附近区域有雷电放电时,迅速变化的雷电流在周围区域产生强大的瞬变电磁场,处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势,以致损坏、损毁设备。

4. 静电感应

在雷云中的电荷积聚时,附近的导体也会感应上相反的电荷,当雷击放电时,雷云中的电荷迅速释放,而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道,这样就在电路中形成电脉冲,造成设备损坏。

A.2  防雷设计方案

视频监控系统的前端设备有室外安装和室内安装两种情况,本节仅针对室外安装的前端设备进行讨论并给出相应的防雷解决方案。

室外监控设备的雷电防护系统由三部分组成,它们分别是外部防护、传输线路防护和内部防护,各部分都有其重要作用,不存在替代性。

l              外部防护:由接闪器、引下线、接地体组成,可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。

l              传输线路防护:由合理的屏蔽、接地、布线组成,可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应。

l              内部防护:由均压等电位连接地和过电压保护防雷器组成,可均衡系统电位,限制过电压幅值。

A.2.1  直击雷的外部防护措施

视频监控系统的前端设备(如摄像机、视频编码器)应置于接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内。

对于已经处于其它接闪器或高层建筑原有接闪系统保护范围之内的前端设备,一般可以不再另行考虑直击雷防护;对于未处于任何接闪系统保护范围之内的前端设备,则应考虑直击雷防护问题。当前端设备独立架设时,避雷针最好距前端设备34米的距离。

A.2.2  传输线路的防护

统计数据资料表明,监控系统80%以上的雷害事故都是由与系统相连的线路上感应的过电压造成的。因此,做好与系统相连的线路防护是整体防雷中不容忽视的一环。

最安全的布线方式,应采取全程穿金属管埋地敷设,同时,注意金属管两端务必做到有效接地。穿金属管埋地敷设的传输线路,可以使雷电侵入波的幅值得到相当程度的衰减,从而降低设备遭受雷电侵入波损害的概率。

当实际工程中条件不允许时,可以全程穿金属管架空走线;或者不作全程穿金属管,但在电缆接入监控机房和前端设备之前务必穿金属管埋地敷设,埋地长度应不小于15米,在接入端将电缆金属外皮、金属管与防雷接地有效连接。最后,所有传输线路的两端均应安装相应的防雷器。

A.2.3  内部防护

为防止雷电波沿线路侵入前端设备,造成设备损坏,应在接入设备的每条线路上加装合适的防雷器,如电源线(220V AC12V DC)、视频线、控制信号线和通信线等都需加装防雷器。

工程选用防雷器时,应该根据具体的情况对防雷器的最大持续工作电压、标称导通电压、响应时间、插入损耗、适应数据传输速率、标称放电电流、冲击通流容量、限值电压、残压等参数进行选择。

1. 信号系统防雷器的选择

在选择信号系统防雷器时,需要参照以下技术参数:

l              对雷电响应时间应在纳秒(ns)级,最好小于等于1ns

l              插入损耗应满足设备要求,插入损耗最好小于0.5dB

l              标称放电电流应满足使用环境要求。

l              满足信号传输速率及带宽的要求。

l              最大持续运行电压大于等于信号工作电压。

l              标准导通电压至少大于2倍的最大持续工作电压。

信号系统防雷器的主要技术参数要求如A-1所示。

A-1 信号系统防雷器的主要技术参数

信号参数

Video输入

网口

MIC

Audio输入

RS232

RS485

报警信号

持续工作电压

¦2V

¦1V

¦2V

¦2V

¦15V

¦6V

¦24V

标称放电电流

¦3kA

¦3kA

¦3kA

¦3kA

¦3kA

¦3kA

¦3kA

适应数据传输率

10Mbps

100

Mbps

10Mbps

10Mbps

10Mbps

10Mbps

10

Mbps

插入损耗

?0.5dB

?0.5dB

?0.5dB

?0.5dB

?0.5dB

?0.5dB

?0.5dB

响应时间

1ns

1ns

1ns

1ns

1ns

1ns

1ns

 

 

2. 电源系统防雷器的选择

由于雷电冲击波的主要能量集中在工频(附近)从几十赫兹到几百赫兹的低端,所以雷电冲击波能量就容易与工频回路发生耦合、谐振,于是雷电冲击波从电源线路进入电子设备的几率要比从信号线中进入的几率要高得多。

据统计,约有80%的雷击损坏电子设备的事故是由电源引入的,因此为了保证设备安全,应特别加强设备电源的防雷措施,一般采用多级防护。

在选择电源系统防雷器型号时,应具有以下功能:

l              应该具有失效警告指示,以方便日后的监控、管理和维护。

l              必须具有阻燃功能,在失效、或自毁时不能起火。

l              必须具有失效分离装置,在失效时,能自动与电源系统断开,而不影响正常供电。

l              连接端子必须至少能适应25平方毫米的导线连接。

在选择电源系统防雷器型号时,应参照以下技术参数:

l              额定工作电压与被保护设备的额定工作电压相符。

l              考虑到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况,在选择防雷器时,选用有较高最大连续工作电压的防雷器。如果最大连续工作电压偏低,则易造成防雷器自毁,建议最大连续工作电压大于300V

l              限压型防雷器标称导通电压大于等于2.2倍工作电压。

l              由于标称通流量越大的防雷器,价格就越贵,为了有较好的性价比和减少一些不必要的投资,可以根据设备安装地点所属雷电活动区的不同选择合适的防雷器。全国各地的雷电活动情况请参见“A.5  全国主要城市雷暴日数”。

A-2 不同雷电活动区防雷器的选择

条件

一级保护

二级保护

城市-多雷区(或少雷区)

标称20kA8/20us)的防雷器

标称15kA的限压型防雷器

城市-多雷区、强雷区

标称40kA8/20us)的防雷器

标称15kA的限压型防雷器

郊区或山区-中雷区

15kA10/350us)或标称60kA8/20us)的防雷器

标称15kA的限压型防雷器

高山-多雷区

25kA10/350us)或标称100kA8/20us)的防雷器

标称15kA的限压型防雷器

 

&  说明:

根据年平均雷暴日的多少,雷电活动区分为少雷区、中雷区、多雷区和强雷区:

l      少雷区:一年平均雷暴日数不超过25的地区;

l      中雷区:一年平均雷暴日数在2540以内的地区;

l      多雷区:一年平均雷暴日数在4090以内的地区;

l      强雷区:一年平均雷暴日数超过90的地区。

 

3. 提高防雷器可靠性的建议

各类防雷器在满足各级所需的标称放电电流前提下,为了保障防雷器的可靠性,一般可选择较大量级通流容量的防雷器。通流容量是指防雷器不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形的最大电流峰值,冲击通流容量较小的防雷器在通过同样的雷电流条件下其寿命远小于冲击通流容量大的防雷器。

由于配电室及电力室入口处的防雷器要承受沿配电线路侵入的浪涌电流的主要能量,因此其防雷器在满足入口界面处标称放电电流要求的前提下,可根据情况选择较大通流容量的防雷器。

单纯从价格的意义讲,冲击通流容量较小的防雷器一般价格上远小于冲击通流容量大的防雷器,但从性价的角度考虑,刚好满足通流量要求的防雷器的寿命相对比较短,需要定期检查更换,维护成本将明显提高。

A.2.4  接地系统要求

接地是避雷技术最重要的环节,不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷,最终都是把雷电流送入大地。因此,没有合理而良好的接地装置不能可靠地避雷。接地电阻越小,散流就越快,被雷击物体高电位保持时间就越短,危险性就越小。

对于室外视频监控设备应有良好的接地,接地电阻要求小于4欧姆,并且采取共用接地的方法将工作地(交、直流工作地)、设备保护地、防雷保护地统一为一个接地装置。

A.3  视频监控系统工程安装要求及注意事项

A.3.1  信号防雷器的安装要求

(1)        信号防雷器必须遵照等电位连接的原则,信号防雷器与被保护设备存在一个接地汇合点,如A-1所示,信号防雷器到接地汇合点的接地线长度不能超过信号防雷器给出的接地线长度;没有给出接地线的,接地线长度应控制在0.3米以内,不允许超过0.5米,接地线的长度应遵循“越短越好”的原则。

A-1 信号防雷器的安装要求

(2)        当防雷器接地线无法满足长度限值要求时,应在被保护设备和信号防雷器上的接地点用导线相连作等电位连接,如A-2所示。

A-2 等电位连接

  注意:

以上安装要求在实际施工时应严格执行,并根据现场安装条件选择不同的安装方式。

 

(3)        A-3所示,在安装防雷器时,须注意区分信号防雷器的INOUT的连接要求,即防雷器的输入端(IN)与信号通道相连,防雷器的输出端(OUT)与被保护设备相连,不能反接。防雷器的INOUT并不一定与信号传输的方向一致。

A-3 防雷器的连接

A.3.2  电源防雷器的安装要求

l              电源防雷器的连接引线,必须有足够粗,并尽可能短;

l              引线应采用截面积不小于25平方毫米的多股铜导线;

l              如果引线长度超过1.0米时,应加大引线的截面积;

l              引线应紧凑并排或捆扎布放;

l              电源防雷器的接地线应为25平方毫米到35平方毫米的多股铜导线,并尽可能就近可靠入地。

A.3.3  光纤通讯线路的防护

一般来讲,光纤线路不必作加装防雷保护装置,因为光纤线路本身不属于导体,也就不会感应和传递过电压浪涌。但是,人们常常忽视光纤线缆的防雷保护,从而导致一些雷电过电压闪络,损坏设备的情况发生。其发生的主要原因是,光纤线缆一般有金属加强筋和金属铠层用于保护光纤线缆,光纤本身虽不会感应和传递过电压,但其金属加强筋和金属铠层却极易感应和传递雷击过电压,必须给予妥善处理,即在光纤接入端务必做好接地保护。

A.3.4  布线敷设应注意的问题

许多布线人员因对防雷知识了解有限,或者图简单方便,习惯于将室外走线线路与直击雷防护系统的避雷带、引下线相互捆绑,这样做虽然方便了工程施工和达到了布线美观的效果,但是也带来了较大的防雷安全隐患。这一点是值得重视和注意的,为减小雷害风险,任何导线或金属线路均应尽可能避免与直击雷防护系统平行捆扎。

A.4  其他注意事项和维护要则

l              在具体工程中,防雷设备安装位置及设备选型均应由专业人员根据实际情况选定。

l              应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材,避免使用非标准防雷产品和器件。

l              防雷器安装之后,应检查所有接线是否正确安装,然后测试系统和设备是否正常工作,有无异常情况,如有,应及时检查,直至整个系统均正常运作。

l              避雷针体、避雷带、支架、接地引下线、接地体、连接线等部件,均应采用热镀锌等方法,有效防止锈蚀。

l              每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常,必要时应挖开地面抽查地下部分锈蚀情况,如果发现问题应及时处理。

l              接地网的接地电阻最好每年进行一次测量。

l              每年雷雨季节前应对运行中的防雷器进行一次检测,发现有损坏、老化的情况应及时处理。

A.5  全国主要城市雷暴日数

A-3 全国主要城市雷暴日数

序号

 

雷暴日数(d/a)

序号

 

雷暴日数(d/a)

1

北京市

36.3

18

广州市

76.1

2

天津市

29.3

19

深圳市

73.9

3

石家庄市

31.2

20

珠海市

64.2

4

太原市

34.5

21

南宁市

84.6

5

沈阳市

26.9

22

重庆市

35.4

6

长春市

35.2

23

成都市

34

7

呼和浩特市

36.1

24

贵阳市

49.4

8

上海市

28.4

25

昆明市

63.4

9

南京市

32.6

26

拉萨市

68.9

10

南昌市

56.4

27

西安市

15.6

11

杭州市

37.6

28

兰州市

23.6

12

合肥市

28.2

29

西宁市

31.7

13

福州市

53

30

银川市

18.3

14

济南市

25.4

31

乌鲁木齐市

9.3

15

郑州市

21.4

32

海口市

104.3

16

武汉市

34.2

33

台北市

27.9

17

长沙市

46.6

34

香港

34.0

 

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                    To be continued......

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