監控標準系統裝置雷電浪湧防護

2023-02-09 11:27:04 字數 4802 閱讀 2906

說明書一、概述

眾所周知,雷電具有極大的破壞性,其電壓高達數百萬伏,瞬間電流可高達數十萬安培。雷擊所造成的破壞性後果體現於下列三種層次:①裝置損壞,人員**;②裝置或元器件壽命降低;③傳輸或儲存的訊號、資料(模擬或數字)受到干擾或丟失,甚至使電子裝置產生誤動作而暫時癱瘓或整個系統停頓。

目前,世界上各種建築、設施大多數仍在使用傳統的避雷針防雷。用避雷針防止直接雷擊實踐證明是經濟和有效的。但是,隨著現代電子技術的不斷發展,大量精密電子裝置的使用和聯網,避雷針對這些電子裝置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裝置的罪魁禍首。每年各種通訊控制系統或網路因雷擊而受破壞的事例屢見不鮮,其中安防監控系統因受到雷擊引起裝置損壞,自動化監控失靈的事件也常有發生。安防監控子系統中部分前端攝像機設計為室外安裝方式,對於雷雨多發地區必須設計安裝防雷電系統。

二、雷電設計說明

系統防雷方案包括外部防雷和內部防雷兩個方面:

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築物本體免受直擊雷的侵襲,將可能擊中建築物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等,洩放入大地。

內部防雷系統是為保護建築物內部的裝置以及人員的安全而設定的。通過在需要保護裝置的前端安裝合適的避雷器,使裝置、線路與大地形成乙個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流阻攔在外,將因雷擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全洩放入地,確保後接裝置的安全。

避雷帶、引下線(建築物鋼筋)和接地等構成的外部防雷系統,主要是為了保護建築物本體免受雷擊引起的火災事故及人身安全事故,而內部防雷系統則是防止感應雷和其他形式的過電壓侵入裝置造成損壞,這是外部防雷系統無法保證的。

雷電對電氣裝置的影響,主要由以下四個方面造成:①直擊雷;②傳導雷; ③感應雷;④開關過電壓。

直擊雷:雷電直接擊中建築物,雷電的不到50%的能量將會從引下線等外部避雷設施洩放到大地,其中接近40%的能量將通過建築物的供電系統分流,其中5%左右的能量通過建築物的通訊網路線纜分流,其餘的雷擊能量通過建築物的其他金屬管道、纜線分流。這裡的能量分配比例會隨著建築物內的佈線狀況和管線結構而變化。

直擊雷波形為10/350us。

傳導雷(雷電波侵入):在更大的範圍內(幾公里甚至幾十公里),雷電擊中電力或資訊通訊線路,然後沿著傳輸線路侵入裝置。其中地電位反擊也是傳導雷中的一種:

雷電擊中附近建築物或附近其他物體、地面,導致地電壓公升高,並在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通過接地系統或建築物間的線路入侵雷電延建築物內部裝置形成地電位反擊。

感應雷(雷電波感應):在周圍1000公尺左右範圍內(有資料為 500公尺或 1500公尺,距離應隨著雷擊大小和遮蔽措施而變化)。發生雷擊時,lemp 在上述有效範圍內,在所有的導體上產生足夠強度的感應浪湧。

因此分布於建築物內外的各種電力、資訊線路將會感應雷電而對裝置造成危害。

隨著現代高科技的發展,精密儀器,通訊裝置,資料網路的應用越來越廣泛,因而感應雷造成的雷擊事故也越來越多,除直接造成了巨大的經濟損失外,因重要裝置損壞使系統網路陷入癱瘓後造成間接的損失更是驚人。

三、雷電防護設計思想

(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生。實際上現在公認的防直擊雷的方法仍然是200年前富蘭克林先生發明的避雷針。

a. 接閃器

避雷針及其變形產品避雷線、避雷帶、避雷網等統稱為接閃器。歷史上對接閃器防雷原理的認識產生過誤解。當時認為:

避雷針防雷是因為其尖端放電綜合了雷雲電荷從而避免了雷擊發生,所以當時要求避雷針頂部一定要是尖端,以加強放電能力。後來的研究表明:一定高度的金屬導體會使大氣電場畸變,這樣雷雲就容易向該導體放電,並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。現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麼關係。

為了降低建築被雷擊的概率,宜優先採用避雷網、作為建築物的接閃器,如果屋面有天線等通訊設施可在區域性加裝避雷針保護,這樣接閃器的高度不會太高,不會增大建築的雷擊概率。避雷網的網格尺寸應不大於10mx10m,避雷針應與避雷網可靠連線。

b. 引下線

引下線的作用是將接閃器接閃的雷電流安全的導引入地,引下線不得少於兩根,並應沿建築物四周對稱均勻的布置,引下線的間距不大於18m,引下線接長必須採用焊接,引下線應與各層均壓環焊接,引下線採用10毫m的圓鋼或相同面積的扁鋼。對於框架結構的建築物,引下線應利用建築物內的鋼筋作為防雷引下線。

採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,減少側擊的危險。其目的是為了讓雷

電流均勻入地,便於地網散流,以均衡地電位。同時,均勻對稱布置可使引下線瀉流時產生的強電磁場在引下線所包圍的電信建築物內相互抵消,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,接地體應採用:

鋼管直徑大於50毫m,壁厚大於3.5毫m;

角鋼不小於50×50×5毫m

扁鋼不小於40×4毫m。

應將多根接地體連線成地網,地網的布置應優先採用環型地網,引下線應連線在環型地網的四周,這樣有利於雷電流的散流和內部電位的均衡。垂直接地體一般長為1.5-2.

5m,埋深0.8m,地極間隔5m,水平接地體應埋深1m,其向建築物外引出的長度一般不大於50m。框架結構的建築應採用建築物基礎鋼筋做接地體。

(2)直擊雷電流在電源系統的分配:

根據gb50057-94的標準對直擊雷電流分類:

第一類 200ka 10/350us

第二類 150ka 10/350us

第三類 100ka10/350us

如圖所示:

乙個能量為200ka的直擊雷,由整個系統的電源、管線、地網、通訊網路線來分擔。以一棟建築的防雷來講,電源部分承擔其中近45%(100ka),以三相四線為例,每線承擔大約有25ka(10/350us)的雷電流。通訊站基本無管道系統,不計。

地網和通訊線路承擔剩餘55%的雷電流。由此可見,電源系統對直擊雷的防護非常關鍵。

由此可見,直擊雷的內部防護措施應選用10/350us衝擊雷電流的開關型spd產品。另外,對於個別架空線引入的傳導雷,也應採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:在雷雲中的電荷積聚時,附近的導體也會感應上相反的電荷,當雷擊放電時,雷雲中的電荷迅速釋放,而導體中原來被雷雲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衝。二是電磁感應:

在雷雲放電時,迅速變化的雷電流在其周圍產生強大的瞬變電磁場,在其附近的導體中產生很高的感生電動勢。研究表明:靜電感應方式引起的浪湧數倍於電磁感應引起的浪湧。

感應雷可以通過電力電纜、**線、網路線和天饋線等侵入,由於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,按原郵電部的統計約佔了雷擊事故的80%。因此,對建築物內的系統裝置進行感應雷防護時,電源是重點。

感應雷還可以通過空間感應侵入通訊站的內部線路,雖然經過建築物和機殼的遮蔽衰減後其能量大為減小,但站內許多電信裝置的抗過壓能力也很弱,如果處理不當也可能造成裝置故障。

(4)接地匯集線的布置

接地匯集線(匯流排)應布置在靠近避雷器的地方,以使避雷器的接地連線線最短,各樓層的分匯集線應直接與樓底的總匯集線相連,這樣能保證實現單點接地方式,當樓層高於30m時,高於30m部分的分匯集線應與建築物均壓環相連,以防止側擊。

近年來iec的研究認為:接地匯集線的多重互連是有益的,但部標尚未採納。

(5)等電位連線

各種系統的防雷要求種類很多,但其防雷思想是一致的,就是努力實現等電位。絕對的等電位只是乙個理想,實際中只能盡量逼近,目前是綜合採用分流、遮蔽、箝位、接地等方法來近似實現等電位。(見圖1)

(6)電源避雷器的選擇和應用原則

考慮到電源負荷電流容量較大,為了安全起見及使用和維護方便,資料通訊電源系統的多級防雷,原則上均選用串聯型電源避雷器。

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。對於低壓側第

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的保護。

殘壓特性是電源避雷器的最重要特性,殘壓越低,保護效果就越好。但考慮到我國電網電壓普遍不穩定、波動範圍大的實際情況,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工作電壓。

如果最大連續工作電壓偏低,則易造成避雷器自毀。

電源系統低壓側有

一、二、**不同的保護級別,應根據保護級別的不同,選擇合適標稱放電電流(額定通流容量)和電壓保護水平的電源避雷器,並保證避雷器有足夠的耐雷電衝擊能力。原則上,每一級的交流電源之間連線導線超過25m以上,都應做該級相應的保護。

電源低壓側保護用的電源避雷器,應該選擇有失效警告指示、並能提供遙測埠功能的電源避雷器,以方便監控、管理和日後維護。

電源避雷器必須具有阻燃功能,在失效、或自毀時不能**。

電源避雷器必須具有失效分離裝置,在失效時,能自動與電源系統斷開,而不影響通訊電源系統的正常供電。

電源避雷器的連線端子,必須至少能適應25mm2的導線連線。安裝避雷器時的引線應採用截面積不小於25mm2的多股銅導線,建議使用 25mm2的多股銅導線,並盡可能短(引線長度不宜超過1.0m)。

當引線長度超過1.0m時,應加大引線的截面積;引線應緊湊併排或綁紮布放。

電源避雷器的接地:接地線應使用不小於25~35mm2的多股銅導線,並盡可能就近與交流保護地匯流排、或總匯流排、接地網直接可靠連線。

另外根據gb50057-94 關於雷擊概率計算中環境引數的選擇(見附件2),根據yd/t5098-2001條文說明中2.0.4款10/350 和 8/20 us波能量換算的公式:

q(10/350us)≌20q(8/20us)

安全監控系統裝置設定標準

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