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 雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一，隨著我國微電子設備內(nèi)部結(jié)構(gòu) 高度集成化VLSI芯片，從而造成設備耐過電壓、耐過電流的水平下 降，對雷電包括感應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，其電壓高達數(shù)百萬伏，瞬間電流可高 達數(shù)十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果表達于以下三種層次： 設 備損壞，人員傷亡；設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，大量精密電子設備的使 用和聯(lián)網(wǎng)，避雷針對這些電子設備的保護卻顯得無能為力。避雷針不 能阻止感應雷擊過電壓、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備的罪魁禍首。每年各種通訊控制系統(tǒng)或 網(wǎng)絡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計為室外安裝方式，對于雷雨多發(fā)地區(qū)必須設計 安裝防雷電系統(tǒng)。二、方案設計說明 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)部的設備以及人員的平安而設置的。 通過在需要保護設備的前端安裝適宜的避雷器，使設備、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)部設施所感應到的雷電流得以平安泄放入地，確保后接設備 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)那么是防止感應雷和其他形式的過電壓侵入設備造成損壞， 這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。雷電對電氣設備的影響，主要由以下四個方面造成： 直擊雷； 傳 導

4、雷；感應雷；開關過電壓。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，雷電壓可達幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達十幾萬 安，在雷電通路上，物體會被高溫燒傷甚至融化。通常在建筑物頂部 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 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、侵入設備。其中地電 位還擊也是傳導雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、 地面，導致地電壓升高，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)部設備形成地電位 還擊。感應雷雷電波感應 ：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)，在所有的導體上產(chǎn)生足夠強度的感應 浪涌。因此分布于建筑物內(nèi)外的各種電力、信息線路將會感應雷電而 對設備造成危害。隨著現(xiàn)代高科技的開展，精密儀器，通訊設備，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的應用越來 越廣泛，因而感應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，因重要設備損壞使系統(tǒng)網(wǎng)絡陷入癱瘓后造成間接的損 失更是驚人。三、方案設計思想1直擊雷的外部防護措施 雖然有不少專家學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識產(chǎn)生過誤解。當時認為：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 度的金屬導體會使大氣電場畸變，這樣

7、雷云就容易向該導體放電，并 且能量越大的雷就越易被金屬導體吸引。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?，F(xiàn)在認為任何良好接地 的導體都可能成為有效的接閃器，而與它的形狀沒有什么關系。 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 不大于10m X 10m，避雷針應與避雷網(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引入地，引下線不得 少于兩根，并應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，減小雷擊感應的危險。C接地體接地體是指埋在土壤中起散流作用的導體，接地體應采用： 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。應將多根接地體連接成地網(wǎng)，地網(wǎng)的布置應優(yōu)先采用環(huán)型地網(wǎng)，引下 線應連接在環(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的標準對直擊雷電流分類：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)絡線來分擔

10、。以一棟建筑的防雷來講，電源局部承當其中近45%(100KA),以三相四線為例，每線承當大約有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鍵。 由此可見，直擊雷的內(nèi)部防護措施應選用 10/350us 沖擊雷電流的開關 型 SPD 產(chǎn)品。另外，對于個別架空線引入的傳導雷，也應采用上述一 級防護措施。3感應雷的防護前面已提到感應雷是因為直擊雷放電而感應到附近的金屬導體中的， 其實感應雷可通過兩種不同的感應方式侵入導體，一是靜電感應：在 雷云中的電荷積聚時，附近的導體也會感應上相反的電荷，當雷擊放 電時

11、，雷云中的電荷迅速釋放，而導體中原來被雷云電場束縛住的靜 電也會沿導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：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，在其附近的導體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究說明：靜電感 應方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應引起的浪涌。感應雷可以通過電力電纜、視頻線、網(wǎng)絡線和天饋線等侵入，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)設備進行感應雷防護時，電源是重點。感應雷還可以通過空間感應侵入通信站的內(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)許多電信設備的抗過壓 能力也很弱，如果處理不當也可能造成設備故障。4接地聚集線的布置 接地聚集線匯流排應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，當樓層高于 30 米時，高于 30 米局部的 分聚集線應與建筑物均壓環(huán)相連，以防止側(cè)擊。近年來IEC的研究認為：接地聚集線的多重互連是有益的， 但部標尚未 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用原那么 考慮到電源負荷電流容量較大，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，應根據(jù)保護級別的 不同，選作適宜標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線超過 25m 以上，都應做該級相應的保護。 電源低壓側(cè)保護用的電源避雷器，應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