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解決方案一

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  CCTV系統防雷解決方案(一)_解決方案_計劃/解決方案_實用文檔。CCTV系統防雷解決方案(一)

  CCTV系統防雷解決方案(一) 一、概述 雷擊是年複一年的嚴重自然災害之一,隨著我國微電子設備內部結構 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)浪湧的承受能力降低。衆所 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于下列三種層次:①設 備損壞, 人員傷亡; ②設備或元器件壽命降低; ③傳輸或儲存的信號、 數據(模擬或數字)受到幹擾或丟失,甚至使電子設備産生誤動作而 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,大量精密電子設備的使 用和聯網,避雷針對這些電子設備的保護卻顯得無能爲力。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或 網絡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 引起設備損壞,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爲室外安裝方式,對于雷雨多發地區必須設計 安裝防雷電系統。 二、方案設計說明 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 是爲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,泄放入大地。 內部防雷系統是爲保護建築物內部的設備以及人員的安全而設置的。 通過在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器,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 擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地,確保後接設備 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 是爲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設備造成損壞, 這是外部防雷系統無法保證的。 雷電對電氣設備的影響,主要由以下四個方面造成:①直擊雷;②傳 導雷;③感應雷;④開關過電壓。 直擊雷:是指帶電雲層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。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。通常在建築物頂部 安裝避雷針或避雷網等來防直擊雷。直擊雷其中接近 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信網絡 線纜分流,其余的雷擊能量通建築物的避雷針及其他金屬管道、纜線 分流。這裏的能量分配比例會隨著建築物內的布線狀況和管線結構而 變化。直擊雷波形爲 10/350us 傳導雷(雷電波侵入) :在更大的範圍內(幾公裏甚至幾十公裏) ,雷 電擊中電力或信息通訊線路,然後沿著傳輸線路侵入設備。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設備形成地電位 反擊。 感應雷(雷電波感應) :在周圍 1000 公尺左右範圍內(有資料爲 500 公尺或 1500 公尺,距離應隨著雷擊大小和屏蔽措施而變化) 。發生雷 擊時,LEMP 在上述有效範圍內,在所有的導體上産生足夠強度的感應 浪湧。因此分布于建築物內外的各種電力、信息線路將會感應雷電而 對設備造成危害。 隨著現代高科技的發展,精密儀器,通訊設備,數據網絡的應用越來 越廣泛,因而感應雷造成的雷擊事故也越來越多,除直接造成了巨大 的經濟損失外,因重要設備損壞使系統網絡陷入癱瘓後造成間接的損 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 避雷針及其變形産品避雷線、避雷帶、避雷網等統稱爲接閃器。曆史 上對接閃器防雷原理的認識産生過誤解。當時認爲:避雷針防雷是因 爲其尖端放電中和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爲將 雷電引向自身而防止了被保護物被雷電擊中。現在認爲任何良好接地 的導體都可能成爲有效的接閃器,而與它的形狀沒有什麽關系。 爲了降低建築被雷擊的概率,宜優先采用避雷網、作爲建築物的接閃 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,不會增大建築的雷擊概率。避雷網的網格尺寸應 不大于 10mX10m,避雷針應與避雷網可靠連接。 B.引下線 引下線的作用是將接閃器接閃的雷電流安全的導引入地,引下線不得 少于兩根,並應沿建築物四周對稱均勻的布置,引下線 米,引下線接長必須采用焊接,引下線應與各層均壓環焊接,引下 線 毫米的圓鋼或相同面積的扁鋼。對于框架結構的建築物,引 下線應利用建築物內的鋼筋作爲防雷引下線。 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,減少側擊的危險。 其目的是爲了讓雷電流均勻入地,便于地網散流,以均衡地電位。同 時,均勻對稱布置可使引下線瀉流時産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,接地體應采用: 鋼管直徑大于 50 毫米,壁厚大于 3.5 毫米; 角鋼不小于 50×50×5 毫米 扁鋼不小于 40×4 毫米。 應將多根接地體連接成地網,地網的布置應優先采用環型地網,引下 線應連接在環型地網的四周,這樣有利于雷電流的散流和內部電位的 均衡。垂直接地體一般長爲 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,其向建築物外引出的長度一般不大于 50 米。 框架結構的建築應采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 的標准對直擊雷電流分類: 第一類 200KA10/350us 第二類 150KA10/350us 第三類 100KA10/350us 一個能量爲 200KA 的直擊雷,由整個系統的電源、管線、地網、通信 網絡線來分擔。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us)的雷電 流。通信站基本無管道系統,不計。地網和通信線%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 沖擊雷電流的開關 型 SPD 産品。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爲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沖。二是電磁 感應:在雷雲放電時,迅速變化的雷電流在其周圍産生強大的瞬變電 磁場,在其附近的導體中産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于電磁感應引起的浪湧。 感應雷可以通過電力電纜、視頻線、網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,按原郵電部的統計約占了雷擊事故的 80%。因 此,對建築物內的系統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部線路,雖然經過建築物 和機殼的屏蔽衰減後其能量大爲減小,但站內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)接地彙集線的布置 接地彙集線(彙流排)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,各樓層的分彙集線應直接與樓底的總彙集線相連,這 樣能保證實現單點接地方式,當樓層高于 30 米時,高于 30 米部分的 分彙集線應與建築物均壓環相連,以防止側擊。 近年來 IEC 的研究認爲:接地彙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、接地等方法來近似實現等電位 (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,爲了安全起見及使用和維護方便,數 據通信電源系統的多級防雷,原則上均選用並聯型電源避雷器。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。對于低壓側第二、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。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、三級不同的保護級別,應根據保護級別的 不同,選作合適標稱放電電流(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沖擊能力。原則上,每一級 的交流電源之間連接導線m 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 供遙測端口功能的電源避雷器,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、或自毀時不能起火。 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,而不影響通信電源系統的正常供電。 電源避雷器的連接端子,必須至少能適應 25mm2 的導線連接。安避避 雷器時的引線 的多股銅導線 的多股銅導線,並盡可能短(引線m) 。當引 線m 時, 應加大引線的截面積;引線應緊湊並排或綁紮布放。 電源避雷器的接地:接地線 的多股銅導線, 並盡可能就近與交流保護地彙流排、或總彙流排、接地網直接可靠連 接。


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