贵阳市监控系统防雷方案[科比特防雷公司]

贵贵阳阳市市监监控控系系统统防防雷雷工工程程设设计计方方案案设计单位：湖南普天科比特防雷技术有限公司联系人：刘云云日期：2007年10月27日公司简介湖南普天科比特防雷技术有限公司是从事防雷产品研制、开发、生产及及服务于一体的高科技专业性防雷公司，为社会各界提供完善的防雷工程设计、产品安装、检测维护及技术咨询，其主要产品有KBT系列电源防雷器和信号防雷器，共40余个品种。产品主要性能符合国际电工委员会标准IEC1312-3，ITV-TSK.11，ITV-TSKK20要求和有关国家标准，行业标准要求。拥有一流的雷电检测中心，雷电试验场所，科学的管理方式、先进的检测手段、雄厚的技术力量、严格的工艺流程，使本公司产品具有如下特点：1.高可靠质量保证2.通流容量大3.响应时间快4.插入损耗少本公司防雷产品分电源类和信号类，电源类有串联式和并联式，信号类分为：计算机网络类、视频类、音频类、馈线类。广泛应用于：1.通信机、计算机电源电路和信号电路的冲击保护；2.楼宇、建筑物供电系统的防雷保护：3.高速公路、铁路、航空系统、金融证券系统的防雷保护；4.野外气象站、雷达站、各种数据采集系统的防雷保护；5.工业配电柜（板）的防雷和防操作过电压保护。“科比特”永远追求科学的管理方式、以优良的性价比、独特和完善的售后服务来赢得市场！雷电防护原理1.电的危害自然界的雷击分为直击雷、雷电感应高电压及雷击电磁脉冲辐射（LEMP）两大类；1）、直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象。它以强大的冲击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、强烈的电磁辐射损坏放电通道上的建筑物、输电线、室外设备，击中人畜造成人、畜伤亡。2）、雷电感应高电压和雷击电磁脉冲（LEMP），是由于雷雨云之间和雷雨云与大地之间放电时，在放电通道周围产生的电磁感应、雷击电磁脉冲辐射以及雷云电场的静电感应，使建筑物上的金属部件，如管道、钢筋、电源线、信号传输线、天馈线等感应出雷电高电压，沿这些线路通过室内的管道、电缆、走线桥架进入各种电子、电气设备，从而放电并损坏这些设备。3）、因为直击雷和雷电感应高电压及雷击电磁脉冲的侵害渠道不同，其次是由于被保护系统的屏蔽差，没有采取等电位连接措施，综合布线不合理，接地不规范，没有安装浪涌保护器SPD或者安装的浪涌保护器SPD不符合规范的要求等，使雷电感应高电压和雷击电磁脉冲入侵概率很高，损坏电子、电气设备。全国年因雷电造成的损失高达数十亿元，因此雷电灾害必须防治。2.雷电灾害防治的基本方法1）、直击雷和雷电感应高电压及雷击电磁脉冲（LEMP）的侵害渠道不同，防护措施也就不一样。防直击雷主要采用避雷针、避雷带（网、线）等传统装置，只要设计规范、安装合理，这些设施是能够对直击雷进行有效防御的。2）、但是无论多么完善的防直击雷装置，对雷电感应和雷击电磁脉冲的防护都无能为力；因为其破坏性是雷电感应和雷击电磁脉冲沿电子、电气设备的电源线、信号线、天馈线和其它金属管道进入所致。3）、在富兰克林发明避雷针时及以后的270多年间，电子设备并不多，雷击电磁脉冲的危害现象也不明显，人们自然想不到要对它进行防御，只要能防止直击雷就足够了。然而，当今社会电子设备大量应用，特别是电子计算机技术、通信技术的高速发展和日益普及，雷电感应高电压和雷击电磁脉冲的危害明显增加，仅靠避雷针防雷已远远不能满足电子、通信、微电子设备和航空设施防雷的实际需要。为了确保电子信息设备正常工作，近年来雷电防护也由富兰克林式避雷针防雷发展到综合防雷工程的新阶段。4）、综合防雷工程是一个系统工程，它包括直击雷的防护措施、等电位连接措施、屏蔽措施、规范的综合布线、设计安装SPD和完善合理的接地系统六个组成部分。在一个完善的防雷系统工程中，特别是微电子设备的防雷工程中缺一不可。如果某一个环节考虑不周，即使进行了防雷方面的工作也起不到很好的防雷作用，还有可能引雷入室而造成电子设备失灵或永久性损坏。5）、雷电感应高电压以及雷击电磁脉冲的防护是在入侵通道上将雷电过电压、过电流泄放入地，从而达到保护电子设备的目的。其主要方法是采用隔离、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压与过流保护、接地等方法将雷电过电压、过电流和雷击电磁脉冲消除在设备外围从而达到保护各类设备的目的。6）、目前防雷器件主要由压敏电阻、气体放电管、空气间隙、高频二极管、瞬态二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求组合成电源线、信号线、天馈线系列浪涌保护器（SPD）并安装在微电子设备的外连线路中，将雷电过电压、过电流泄放入地，从而真正起到保护设备的目的。只要设计合理、采取综合措施、安装合格浪涌保护器就能对雷电进行有效的防护。我们既要防止直击雷，依靠合格的避雷针、带、网、线系统；也要防止雷电感应高电压及雷击电磁脉冲，二者有机结合，相互补充，构成一个完整的现代综合防雷体系，才能有效的防止雷击事故，减少雷击灾害，保护建筑物、设备和人身安全。现场勘察报告根据甲方的描述，得到了第一手资料，现将监控系统的供电系统、信号系统的具体情况进行汇总如下：监控系统设施基本情况常州市属于多雨地区，年雷暴日在50天以上，网点均无防感应雷措施。所以，容易遭受雷电危害。从实地勘测和分析整个供电系统、网络设备系统的情况来看，问题主要集中存在于供电系统、网络设备、室外摄像机系统等部位。对照IEC61312、IEC61024等国际电工委员会标准，主要存在以下几个方面的问题：（1）发生雷击时，直击雷的强大瞬变的雷电流会在周围空间产生强大的磁场，进入各网点的电力线网络线上将产生感应雷电流并沿线进入用电设备。机房的电源线和网线均未采取屏蔽、等电位、防雷措施，电源线路和网络超五类双绞线线传输距离较长，极容易受周围环境电磁场干扰而产生很高的感生电动势（即雷电压），并沿线进入机房设备和网络终端设备，从而损坏设备的接入端口甚至核心部件。（2）机房供电直接由总配电输入至机房，总配电及机房电源部分没有安装防雷装置进行保护。由于供电线路传输距离通常很长，是雷电进入设备概率较高和主要通道，对系统造成的损失面最大。网络线路也受其雷电瞬变电磁场辐射，是网线感应雷电压的原因之一。因此，电源线路上没有分流限压措施，雷电过电压波容易直接入侵设备造成破坏。（3）室内没采取等电位连接措施，在遭受雷击或操作过电压时，设备内部、设备与设备之间容易产生电势差，造成设备损坏、甚至伤及工作人员。综上所述，可以认定该监控系统存在严重的雷击隐患，另外常州市属于多雨地区，年平均雷暴日在50天以上，属高雷区，应有很好的防雷措施，加强和完善防雷措施已十分必要。设计方案一、概述众所周知，雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：①设备损坏，人员伤亡；②设备或元器件寿命降低；③传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是，随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用和联网，避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。每年各种通讯控制系统、网络设备和其它电气设备因雷击而受破坏的事例屡见不鲜。并且，在所有的雷电灾害中以电源线路感应雷击电磁脉冲而损坏设备的情况占多数，事故的严重性和造成的损失最大。方案设计说明系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面:外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放入大地。内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的防雷器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保后接设备的安全。避雷带、引下线（建筑物钢筋）和接地等构成的外部防雷系统，主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的。雷电对电气设备的影响，主要由以下四个方面造成：①直击雷；②传导雷；③感应雷；④开关过电压。直击雷：雷电直接击中建筑物，雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地，其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流，其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道、缆线分流。这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。直击雷波形为10/350us传导雷（雷电波侵入）：在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。传导雷地电位反击雷击电磁脉冲辐射感应雷（雷电波感应）：在周围1000公尺左右范围内（有资料为500公尺或1500公尺，距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化）。发生雷击时，LEMP在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。随着现代高科技的发展，精密仪器，通讯设备，数据网络的应用越来越广泛，因而感应雷造成的雷击事故也越来越多，除直接造成了巨大的经济损失外，因重要设备损坏使系统网络陷入瘫痪后造成间接的损失更是惊人。二、方案设计原则（1）感应雷的防护前面已提到感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体上的，其实感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：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，就在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。感应雷可以通过电力电缆、视频线、网络线和天馈线等侵入，由于电力电缆的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源侵入的感应雷造成的危害十分突出，按原邮电部的统计约占了雷击事故的80%。因此，对建筑物内的系统设备进行感应雷防护时，电源是重点。感应雷还可以通过空间感应侵入通信站的内部线路，虽然经过建筑物和机壳的屏蔽衰减后其能量大为减小，但站内许多电信设备的抗过压能力也很弱，如果处理不当也可能造成设备故障。（2）接地汇集线的布置接地汇流排应设置在靠近防雷器的地方，以使防雷器的接地连接线最短，各楼层的分汇流排应直接与楼底的总汇流排相连，这样能保证实现单点接地方式，当楼层高于30米时，高于30米部分的分汇流排应与建筑物均压环相连，以防止侧击。近年来IEC的研究认为：接地汇流排的多重互连是有益的，但部标尚未采纳。（3）等电位连接各种系统的防雷要求种类很多，但其防雷思想是一致的，就是努力实现等电位。绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法来近似实现等电位。（见图1）（4）电源防雷器的选择和应用原则考虑到电源负荷电流容量较大，为了安全起见及使用和维护方便，数据通信电源系统的多级防雷，原则上均选用并联型电源防雷器。电源防雷器的保护模式有共模和差模两方式。共模保护指相线-地线（L-PE）、零线-地线（N-PE）间的保护；差模保护指相线-零线（L-N）、相线-相线（L-L）间的保护。对于低压侧第二、三、四级保护，除选择共模的保护方式外，还应尽量选择包括差模在内的保护。残压特性是电源防雷器的最重要特性，残