CCTV系統(tǒng)防雷解決方案(一)

1、CCTV系統(tǒng)防雷解決方案一一、概述 雷擊是年復(fù)一年的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，隨著我國微電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu) 高度集成化VLSI芯片，從而造成設(shè)備耐過電壓、耐過電流的水平下 降，對雷電包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌的承受能力降低。眾所 周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達(dá)數(shù)百萬伏，瞬間電流可高 達(dá)數(shù)十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果表達(dá)于以下三種層次： 設(shè) 備損壞，人員傷亡；設(shè)備或元器件壽命降低；傳輸或儲存的信號、 數(shù)據(jù)模擬或數(shù)字受到干擾或喪失，甚至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動作而 暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓。目前，世界上各種建筑、設(shè)施大多數(shù)仍在 使用傳統(tǒng)的避雷針防雷。用避雷針防止直接雷擊實踐證明是經(jīng)濟和有 效的。但是，隨

2、著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷開展，大量精密電子設(shè)備的使 用和聯(lián)網(wǎng)，避雷針對這些電子設(shè)備的保護卻顯得無能為力。避雷針不 能阻止感應(yīng)雷擊過電壓、操作過電壓以及雷電波入侵過電壓，而這類 過電壓卻是破壞大量電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)?。每年各種通訊控制系統(tǒng)或 網(wǎng)絡(luò)因雷擊而受破壞的事例屢見不鮮，其中安防監(jiān)控系統(tǒng)因受到雷擊 引起設(shè)備損壞，自動化監(jiān)控失靈的事件也常有發(fā)生。安防監(jiān)控子系統(tǒng) 中局部前端攝像機設(shè)計為室外安裝方式，對于雷雨多發(fā)地區(qū)必須設(shè)計 安裝防雷電系統(tǒng)。二、方案設(shè)計說明 系統(tǒng)防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個方面 :外部防雷包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等，其主要的功能 是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，

3、將可能擊中建筑物的雷電 通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的平安而設(shè)置的。 通過在需要保護設(shè)備的前端安裝適宜的避雷器，使設(shè)備、線路與大地 形成一個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流阻攔在外，將因雷 擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以平安泄放入地，確保后接設(shè)備 的平安。避雷帶、引下線建筑物鋼筋和接地等構(gòu)成的外部防雷系統(tǒng)，主要 是為了保護建筑物本體免受雷擊引起的火災(zāi)事故及人身平安事故，而 內(nèi)部防雷系統(tǒng)那么是防止感應(yīng)雷和其他形式的過電壓侵入設(shè)備造成損壞， 這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。雷電對電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個方面造成： 直擊雷； 傳 導(dǎo)

4、雷；感應(yīng)雷；開關(guān)過電壓。直擊雷：是指帶電云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。直 擊雷威力巨大，雷電壓可達(dá)幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達(dá)十幾萬 安，在雷電通路上，物體會被高溫?zé)齻踔寥诨?。通常在建筑物頂?安裝避雷針或避雷網(wǎng)等來防直擊雷。直擊雷其中接近40%的能量將通過建筑物的供電系統(tǒng)分流，其中 5%左右的能量通過建筑物的通信網(wǎng)絡(luò) 線纜分流，其余的雷擊能量通建筑物的避雷針及其他金屬管道、纜線 分流。這里的能量分配比例會隨著建筑物內(nèi)的布線狀況和管線結(jié)構(gòu)而變化。直擊雷波形為 10/350us 傳導(dǎo)雷雷電波侵入 ：在更大的范圍內(nèi)幾公里甚至幾十公里 ，雷 電擊中電力或信息通訊線路，然后沿著傳輸線路

5、侵入設(shè)備。其中地電 位還擊也是傳導(dǎo)雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、 地面，導(dǎo)致地電壓升高，并在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通 過接地系統(tǒng)或建筑物間的線路入侵雷電延建筑物內(nèi)部設(shè)備形成地電位 還擊。感應(yīng)雷雷電波感應(yīng) ：在周圍 1000 公尺左右范圍內(nèi)有資料為 500 公尺或 1500 公尺，距離應(yīng)隨著雷擊大小和屏蔽措施而變化 。發(fā)生雷 擊時，LEMP在上述有效范圍內(nèi)，在所有的導(dǎo)體上產(chǎn)生足夠強度的感應(yīng) 浪涌。因此分布于建筑物內(nèi)外的各種電力、信息線路將會感應(yīng)雷電而 對設(shè)備造成危害。隨著現(xiàn)代高科技的開展，精密儀器，通訊設(shè)備，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來 越廣泛，因而感應(yīng)雷造成的雷擊事故也越來越多

6、，除直接造成了巨大 的經(jīng)濟損失外，因重要設(shè)備損壞使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓后造成間接的損 失更是驚人。三、方案設(shè)計思想1直擊雷的外部防護措施 雖然有不少專家學(xué)者在努力的研究有效的防止直擊雷的方法，但直到 今天我們還是無法阻止雷擊的發(fā)生。實際上現(xiàn)在公認(rèn)的防直擊雷的方 法仍然是 200 年前富蘭克林先生創(chuàng)造的避雷針。A. 接閃器避雷針及其變形產(chǎn)品避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等統(tǒng)稱為接閃器。歷史 上對接閃器防雷原理的認(rèn)識產(chǎn)生過誤解。當(dāng)時認(rèn)為：避雷針防雷是因 為其尖端放電中和了雷云電荷從而防止了雷擊發(fā)生，所以當(dāng)時要求避 雷針頂部一定要是尖端，以加強放電能力。后來的研究說明：一定高 度的金屬導(dǎo)體會使大氣電場畸變，這樣

7、雷云就容易向該導(dǎo)體放電，并 且能量越大的雷就越易被金屬導(dǎo)體吸引。這樣接閃器的防雷是因為將 雷電引向自身而防止了被保護物被雷電擊中。現(xiàn)在認(rèn)為任何良好接地 的導(dǎo)體都可能成為有效的接閃器，而與它的形狀沒有什么關(guān)系。 為了降低建筑被雷擊的概率，宜優(yōu)先采用避雷網(wǎng)、作為建筑物的接閃 器，如果屋面有天線等通信設(shè)施可在局部加裝避雷針保護，這樣接閃 器的高度不會太高，不會增大建筑的雷擊概率。避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應(yīng) 不大于10m X 10m，避雷針應(yīng)與避雷網(wǎng)可靠連接。B. 引下線引下線的作用是將接閃器接閃的雷電流平安的導(dǎo)引入地，引下線不得 少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周對稱均勻的布置，引下線的間距不大于18 米，引下線接

8、長必須采用焊接，引下線應(yīng)與各層均壓環(huán)焊接，引下 線采用 10 毫米的圓鋼或相同面積的扁鋼。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，引 下線應(yīng)利用建筑物內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線。采用多根引下線不但提高了防雷裝置的可靠性，更重要的是多根引下 線的分流作用可大大降低每根引下線的沿線壓降，減少側(cè)擊的危險。其目的是為了讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)散流，以均衡地電位。同時，均勻?qū)ΨQ布置可使引下線瀉流時產(chǎn)生的強電磁場在引下線所包圍 的電信建筑物內(nèi)相互抵消，減小雷擊感應(yīng)的危險。C接地體接地體是指埋在土壤中起散流作用的導(dǎo)體，接地體應(yīng)采用： 鋼管直徑大于 50 毫米，壁厚大于 3.5 毫米；角鋼不小于50X 50X毫米扁鋼不小于40X

9、4毫米。應(yīng)將多根接地體連接成地網(wǎng)，地網(wǎng)的布置應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)型地網(wǎng)，引下 線應(yīng)連接在環(huán)型地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的 均衡。垂直接地體一般長為 1.5-2.5 米，埋深 0.8 米，地極間隔 5 米， 水平接地體應(yīng)埋深 1 米，其向建筑物外引出的長度一般不大于 50 米。 框架結(jié)構(gòu)的建筑應(yīng)采用建筑物根底鋼筋做接地體。(2) 直擊雷電流在電源系統(tǒng)的分配：根據(jù)GB50057-94的標(biāo)準(zhǔn)對直擊雷電流分類：第一類 200KA10/350us第二類 150KA10/350us第三類 100KA10/350us一個能量為 200KA 的直擊雷，由整個系統(tǒng)的電源、管線、地網(wǎng)、通信 網(wǎng)絡(luò)線來分擔(dān)

10、。以一棟建筑的防雷來講，電源局部承當(dāng)其中近45%(100KA),以三相四線為例，每線承當(dāng)大約有25KA(10/350us的雷電流。通信站根本無管道系統(tǒng)，不計。地網(wǎng)和通信線路承當(dāng)剩余55%的 雷電流。由此可見，電源系統(tǒng)對直擊雷的防護非常關(guān)鍵。 由此可見，直擊雷的內(nèi)部防護措施應(yīng)選用 10/350us 沖擊雷電流的開關(guān) 型 SPD 產(chǎn)品。另外，對于個別架空線引入的傳導(dǎo)雷，也應(yīng)采用上述一 級防護措施。3感應(yīng)雷的防護前面已提到感應(yīng)雷是因為直擊雷放電而感應(yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的， 其實感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體，一是靜電感應(yīng)：在 雷云中的電荷積聚時，附近的導(dǎo)體也會感應(yīng)上相反的電荷，當(dāng)雷擊放 電時

11、，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來被雷云電場束縛住的靜 電也會沿導(dǎo)體流動尋找釋放通道，就在電路中形成電脈沖。二是電磁 感應(yīng)：在雷云放電時，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強大的瞬變電 磁場，在其附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究說明：靜電感 應(yīng)方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌。感應(yīng)雷可以通過電力電纜、視頻線、網(wǎng)絡(luò)線和天饋線等侵入，由于電 力電纜的距離長且對雷電波的傳輸損耗小，所以由電源侵入的感應(yīng)雷 造成的危害十分突出，按原郵電部的統(tǒng)計約占了雷擊事故的80%。因此，對建筑物內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備進行感應(yīng)雷防護時，電源是重點。感應(yīng)雷還可以通過空間感應(yīng)侵入通信站的內(nèi)部線路，雖然經(jīng)過建筑物 和機殼的屏蔽

12、衰減后其能量大為減小，但站內(nèi)許多電信設(shè)備的抗過壓 能力也很弱，如果處理不當(dāng)也可能造成設(shè)備故障。4接地聚集線的布置 接地聚集線匯流排應(yīng)布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接 地連接線最短，各樓層的分聚集線應(yīng)直接與樓底的總聚集線相連，這 樣能保證實現(xiàn)單點接地方式，當(dāng)樓層高于 30 米時，高于 30 米局部的 分聚集線應(yīng)與建筑物均壓環(huán)相連，以防止側(cè)擊。近年來IEC的研究認(rèn)為：接地聚集線的多重互連是有益的， 但部標(biāo)尚未 采納。5等電位連接 各種系統(tǒng)的防雷要求種類很多，但其防雷思想是一致的，就是努力實 現(xiàn)等電位。絕對的等電位只是一個理想，實際中只能盡量逼近，目前 是綜合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法來

13、近似實現(xiàn)等電位6電源避雷器的選擇和應(yīng)用原那么 考慮到電源負(fù)荷電流容量較大，為了平安起見及使用和維護方便，數(shù) 據(jù)通信電源系統(tǒng)的多級防雷，原那么上均選用并聯(lián)型電源避雷器。電源 避雷器的保護模式有共模和差模兩方式。 共模保護指相線-地線L-PE、 零線-地線N-PE間的保護；差模保護指相線-零線L-N、相線-相線L-L間的保護。對于低壓側(cè)第二、三、四級保護，除選擇共模的保 護方式外，還應(yīng)盡量選擇包括差模在內(nèi)的保護。 殘壓特性是電源。但考慮到我國電網(wǎng)電壓普遍不穩(wěn)定、波動范圍大的 實際情況，在盡量選擇殘壓較低的電源避雷器的同時。還必須考慮避 雷器有足夠高的最大連續(xù)工作電壓。如果最大連續(xù)工作電壓偏低，那么易造成避雷器自毀 電源系統(tǒng)低壓側(cè)有一、二、三級不同的保護級別，應(yīng)根據(jù)保護級別的 不同，選作適宜標(biāo)稱放電電流額定通流容量和電壓保護水平的電 源避雷器，并保證避雷器有足夠的耐雷電沖擊能力。原那么上，每一級 的交流電源之間連接導(dǎo)線超過 25m 以上，都應(yīng)做該級相應(yīng)的保護。 電源低壓側(cè)保護用的電源避雷器，應(yīng)該選擇有失效警告指示、并能提 供遙測端口功能的電源避雷器，以方便監(jiān)控、管理和日后維護。 電源避雷器必須具有阻燃功能，在失效、或自毀時不能起火。 電源避雷器必須具有失效別離裝置，在失效時，能自動與電源系統(tǒng)斷 開，而不影響