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防雷方案參考

來源:德恩拓 發布時間:2014-1-9 10:01:28

  隨著設備的高度集成化和計算機網絡的發展,一方面大型電子計算機網絡、程控交換機組等系統設備富含大量的CMOS半導體集成模塊,耐過電流、耐雷電壓的水平反而隨之降低,另一方面由于信號來源路徑增多,系統較以前更容易遭受雷電波的侵入,致使雷電災害頻頻發生。

  1.1 雷擊的分類

  直擊雷擊――是指雷電直接擊在建筑物、構架、樹木、動植物上,由于電效應、熱效應和機械效應等混合力作用,直接摧毀建筑物,構筑物以及引起人員傷亡等,由于直擊雷的電效應,有可能使機房微電子設備遭受浪涌過電壓的危害。

  感應雷擊――(又稱二次雷擊)是指雷云之間或雷云對地之間的放電而在附近的架空線路、埋地線路、金屬管線或類似的傳導上產生感應電壓,該電壓通過傳導體傳送至設備,間接摧毀微電子設備。感應雷擊對微電子設備,特別是通訊設備和電子計算機網絡系統的危害最大,據資料顯示,微電子設備遭雷擊損壞,80%以上是由感應雷引起的,

  操作過電壓――是指當電流在導體上流動時,會產生磁場儲存能量,電流越大,導線越長,儲能越多,所以當負載(特別是電感性大負載)電器設備開關時,會產生瞬時過電壓,操作過電壓同感應雷擊一樣,可以間接損壞微電子設備。

  雷擊屬于浪涌的一種,浪涌也叫突波,顧名思義超出正常工作電壓的瞬間過電壓。

  1.2 雷電過電壓對大摟內部電子設備的損害主要有以下途徑:

  l 網絡數據線路在遠端遭受直接或感應雷擊,沿網絡線路進入設備

  l 有線通訊線路在遠端遭受直接或感應雷擊,沿通訊線路進入設備

  l 建筑物內部的各種線路,感應雷擊電磁脈沖輻射,進入設備

  l 電源供電線路在遠端遭受直接或感應雷擊,沿供電線路進入設備

  l 地電壓過高,反擊進入設備

  l 天線遭受直接雷擊 或 接收感應雷擊

  l 避雷針引下線,在避雷針接閃泄放雷電流時,產生的LEMP電磁脈沖輻射

  l 臨近建筑物或附近地面、樹木等遭受雷擊,同時帶來LEMP 和 附近地面的跨步電壓(地電壓反擊)

  l 95%的閃電發生在云對云之間,可以產生幾百千安培的電流和極強的LEMP

  1.3 對以上途徑入侵的雷電壓及過電流進行防護手段

  (1) 大樓通過建筑物主鋼筋,上端與接閃器,下端與地網連接,中間與各層均壓網或環形均壓帶連接,對進入建筑物的各種金屬管線實施均壓等電位連接,具有特殊要求的各種不同地線進行等電位處理。

  應符合下列要求:

  l 安裝的避雷針或避雷線()應使被保護的建筑物及風帽、放散管等突出屋面的物 體均處于接閃器保護范圍內。

  l 所有避雷針應采用避雷帶互相連接。

  l

  建筑物應裝設均壓環。

  l 防直擊雷的接地裝置應圍繞建筑物敷設成環型接地體,每根引下線的沖擊接地電阻不應大于10歐姆。

  2)對計算機通信網絡系統在建筑物樓內的布線和接地方式有如下要求:

  l 通信電纜以及地線的布放應盡量集中在建筑物的中部。

  l 通信電纜線槽以及地線線槽的布放應盡量避免緊靠建筑物立柱或橫粱并沿建筑物立柱或橫梁布線較長的距離,通信電纜線槽以及地線線槽的設計應盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠的位置。

  (3)根據雷電保護區的劃分要求,建筑物大樓外部是直接雷的區域,在這個區域內的設備最容易遭受損害,危險性量高,足暴露區,為0;建筑物內部及計算機房所處的位置為非暴露區,可將其分為1區、2區,越往內部,危險程度越低,雷電過電壓對內部電子設備的損害主要是沿線路引入。保護區的界面通過外部的防雷系統、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構成的屏敝層而形成。電氣通道以及金屬管則通過這些界面,穿過各級雷電保護區的金屬構件必須在每一穿過點做等電位連接。

  進入建筑物大摟的電源線和通訊線應在LPZ0LP1、 LPZ1LPZ2區交界處,以及終端設備的前端根據IEC1312——雷電電磁脈沖防護標準,安裝上電源SPD,以及通訊網絡類SPD(如圖1-2)。(SPD瞬態過電壓保護器),SPD是用以防護電子設備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導電涌過電壓的有效手段。

  1.4有外部防雷措施更需要內部防雷措施

  我們知道外部防雷措施中避雷設施的引下線在避雷設施接閃以后,會有很大的瞬變電流通過,也就是說在周圍會產生很大的瞬變電磁場(LEMP)。因此,安裝了外部避雷措施不能代替內部防雷措施。再者,我們都知道,避雷針的工作原理是引雷,所以在概率上來說,安裝了避雷針以后,建筑物的避雷系統遭受雷擊的可能性會增大,也就是說LEMP發生的幾率會變大和產生點的距離會縮短(引下線處),所以安裝了外部避雷措施的含有電腦網絡等系統的大廈更加需要內部防雷措施

  1.5 電源系統保護

  為盡量降低侵入電源的的過壓,可如圖一樣在電力線上分區加裝避雷器,通過多級避雷措施后可將侵入設備的殘壓限制到一個合理的水平。

  進行三級防雷是因為能量需要逐級泄放和傳輸線路會感應LEMP(雷擊電磁脈沖輻射)

  l 第一級防雷的目的: 防止直接的傳導雷進入 LPZ 1區,將上萬至數十萬付的浪涌電壓限制到2500-3000

  l 第二級防雷的目的: 進一步將通過第一級防雷器的殘余浪涌電壓或限制到1500-2000伏,對LPZ1 - LPZ 2 實施等電位連接。

  l 第三級防雷的目的: 最終保護設備的手段,將殘余浪涌電壓的值降低到1000伏以內,使浪涌的能量不致損壞設備。

  1.6 網絡通訊系統的保護

  信息傳輸線的雷電防護原理與電源線是基本相同的,只不過通過信息傳輸線的雷電流和工作電流均較小,這樣放電器、耦合阻抗的體積都較小,可以在一個避雷器內實現多級防雷措施。另外無線傳輸網絡的天線工作在LPZ0A區,電磁環境惡劣,應加裝天線避雷器。為方便安裝和保證網絡信息傳送通暢,應根據網絡的工作參數和連接方式選用合適的網絡避雷器。

  總的來說,采用避雷器還應注意:

  1. 防雷保護器必須經過接地端以盡可能短的路徑接地

  2. 各種接地盡可能統一,構成等電位,防止地電流反擊

  3. 信號防雷器連接必須與數據進線方向一致

  4. 不同類型的數據傳輸線應選用不同類型的保護器

  5. 受保護設備應遠離進線

  6. 電源、信號多級保護(在進線處、戶內線距較長、線與線間的反串)

  1.7 等電位連接

  在IEC標準中指出等電位連接是內部防雷措施的一部分,其目的在于減少雷電流所引起的電位差。等電位,是用連接導線或過電壓(電涌)保護器,將處在需要防雷空間內的防雷裝置和建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來導線、電氣裝置、電信裝置等連接起來,形成一個等電位連接網絡,以實現均壓等電位。

  所有從室外進入的金屬導體(包括水管、氣管,電纜屏蔽層或電纜屏蔽管)應在進入防雷區的交界處就近直接接地,不能直接接地的導體(如電力線、傳輸線等)應通過避雷器接地,電力、通信電纜應穿金屬管并埋地進入機房,穿管埋地的距離應大于25。室內設備的金屬部分應可靠接地,所有的接地必須實在同一個接地基準點上,這個基準點在工程上稱為匯流排或均壓環,這樣就能保證室內設備不會因為地電位升高而產生電位差。

  實行等電位連接的主體應為:

  l 設備所在建筑物的主要金屬構件和進入建筑物的金屬管道;

  l 供電線路含外露可導電部分;

  l 防雷裝置;

  l 由電子設備構成的信息系統。

  信息系統的等電位連接:

  當采用S型等電位連接網絡時,該信息系統的所有金屬組件,除等電位連接點外,應與共用接地系統的各組件有足夠的絕緣(>10kV 1.2/50μs)。本網絡應僅通過唯一的一點(即接地基準點 ERP)組合到共用接地系統中去。在此情況下,在各設備之間的所有線路和電纜應按照星形結構與各等電位連接線平行敷設,以避免產生感應環路。由于采用唯一的一點進行等電位連接,故不會有與雷電有關聯的低頻電流進入信息系統,而信息系統內的低頻干擾源也不會產生大地電流。做等電位連接的這唯一的點也是接電涌保護器以限制傳導來的過電壓的理想連接點。

  如果采用M型等電位連接網絡,則該信息系統的各金屬組件不應與共用接地系統各組件絕緣。M型等電位連接網絡應通過多點組合到共用接地系統中去。通常,本網絡用于延伸較大和開環的系統,而且在設備之間敷設許多線路和電纜,服務性設施和電纜在幾個點進入該信息系統。本網絡用于各種高頻也能得到一個低阻抗網絡。這種網絡所具有的多重短路環路對磁場將起到衰減環路的作用,從而在信息系統的鄰近區使初始磁場減弱。

  在復雜系統中,兩種型式(M型和 S)的優點可組合在一起。

  第二章、設計依據及設計目標

  本方案設計依據以下規范:

  1.《建筑物防雷設計規范》 GB50057-94

  2.《電子計算機機房設計規范》 GB50174-93

  3.《建筑物防雷設施安裝》 99D562

  4.《防雷器的選擇》 IEC61312-3

  5.《雷擊電磁脈沖的防護》 IEC61024-1

  6.《低壓防雷器》 IEC 61643-1-1

  7.《低壓防雷器的安裝》 IEC61643-1-2

  8.《低壓線路上的過電壓》 IEC62066

  9.《通信防雷器》 IEC61644-2-1

  防雷工程是一個系統工程,必須綜合考慮,將外部防雷措施和內部防雷措施(接閃功能、分流影響、均衡電位、屏敝作用、合理布線、加裝過電壓保護器等多項重要因素)作為整體來統一考慮防雷措施。

  本設計本著遵循整體防御、綜合治理、多重保護、層層設防的方針,依據以上防雷規范,力求最大限度地避免由于雷擊造成重要設備損害。

  設計方案

  本方案供僅參考

  本方案只包括中控室與前端攝像機電源系統、信息系統等方面的雷電過電壓的防護。不包括直擊雷防護。

  工程相關敘述:

  前端設備:一共36臺攝像機,其中井下15臺固定式攝像機,地上21(包括12個帶云臺控制攝像機,9個固定式攝像機)。

  傳輸設備:視頻、控制全部采用線纜連接。電源由主控制中心集中供電,傳輸AC220伏至前端變壓成DC12伏和DC9伏。

  終端設備:模擬矩陣控制,數字記錄,電視墻顯示。

  方案的具體內容

  1、電源系統的防護

  經實踐經驗證明,由電源系統耦合進入的感應雷擊造成設備的損壞占雷擊災害損失概率的70%以上。因此對電源系統的防雷保護是整個防雷工程中必不可少的一個環節。

  電源防雷器并聯安裝于供電線路上,因此,在選擇防雷器時要保證防雷器能夠起到保護作用,同時還要考慮到防雷器對雷電流的通流能力,所以在防雷器的選型上應注意下列問題。

  對不同的供電接地系統選用不同的防雷器;

  最大持續工作電壓的選擇;

  殘壓的選擇;

  報警功能的選擇;

  空氣開關的選擇;

  能量配合的選擇;

  按照國際電工標準IEC1312-1技術要求,應將大樓需要保護的空間劃分為不同的防雷區,以確定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和相應的防護對策。

  根據實際情況和要求及防雷原理,因此本方案電源系統建議進行C、D級防雷保護,將過電壓引入大地,采用逐級降的原則,使過電壓降到對設備無害的值。

  電源系統實行C、D級防雷防過電壓保護,闡述如下:

  C級:其主要作用是將大部分的雷電流泄放入地。

  在控制中心的電源總進線處安裝一臺單相電源防雷箱作為中控室電源系統雷電過電壓防護的初級保護。防雷箱與防雷模塊均采用并聯連接方式,對供電容量不引起絲毫的影響。防雷器相、零線用不小于10mm2多股銅線連接,地線用不小于16mm2多股銅線連接。

  盡管在外接引入的電源線路上已安裝了電源防雷保護裝置,作為信息系統的各種信號線也是一個引雷的主要途徑。因此,必須考慮信號線路的防雷保護。

根據國家相關標準,信號線路超過30就要在前端與后端設備都安裝相匹配的防雷器。由于信號線路在距離超過30或更長距離、雷電很可能感應在架空線路的中間。雷電流呈抖動狀態、感應走向是朝線路的兩端竄入將設備擊壞,如果在線路超過30的情況下只在某一端安裝避雷器,那么雷電很可能將另一端設備擊壞。因此也就起不到兩端的雷電過電壓防護。

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本文來自:  http://www.damehaciendo.com

 

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