监控系统防雷技术要点

2010-09-07周恩黔何松海

中低纬山地气象 2010年2期

关键词：避雷针过电压避雷器

陈磊,周恩黔,何松海

(1.贵州省紫云自治县气象局,贵州紫云 550800;2.贵州省仁怀市气象局,贵州仁怀 564509; 3.贵州省三都县气象局,贵州三都 558400)

监控系统防雷技术要点

陈磊1,周恩黔2,何松海3

(1.贵州省紫云自治县气象局,贵州紫云 550800;2.贵州省仁怀市气象局,贵州仁怀 564509; 3.贵州省三都县气象局,贵州三都 558400)

电子监控系统对雷电过电压、操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感,仅紫云县平均每年就有 3次监控系统设备遭受雷击过电压破坏的案例,因此,有必要对这些设备进行防雷保护。文章介绍在电子监控系统雷电防护实践方面的经验。

监控系统;防雷;避雷器;接地系统

1 引言

随着社会的发展进步,社会经济越趋活跃,监控系统在城市道路交通、高速公路、金融系统、重要场所、居民小区、公共场所等各行各业中的应用越来越普遍。

由于监控系统具备微电子产品所特有的高密度、高速度、低电压和低功耗等特点,对雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感,这就使得监控系统设备极易遭受雷击过电压破坏,使整个监控系统运行失灵,并造成难以估计的经济损失。2005—2008年间,监控系统遭受雷击案例仅紫云县平均每年就有 3次。因此,加强监控系统防雷保护很有必要。

2 监控系统遭受雷击的主要方式

2.1 直击雷

雷电直接击中室外的监控系统摄像机,损毁系统前端设备。

雷电直接击在线缆上,造成线缆熔断、损坏。

2.2 雷电波侵入

监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或雷电感应时,雷电波沿金属导线、导体侵入设备,导致高电位差使设备损坏。

2.3 雷电感应

电磁感应:当有雷击闪电时,在雷电闪击通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在该瞬变电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的雷电过电压,造成系统设备损坏、损毁。

静电感应:带电的雷云出现时,在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达100KV静电电位,信号线路上可达 40～60KV静电电位,一旦雷云放电后,束缚电荷沿线路迅速向系统扩散,即引起感应雷击。

2.4 地电位反击

直击雷防护装置在引导雷电流流入大地时,在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压,与其附近的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差,这种电位差引起的电击就是地电位反击。

3 监控系统雷击防护措施

3.1 直击雷防护

3.1.1 前端设备直击雷防护监控系统前端设备大都安装在室外,比较容易受到雷击,因此要安装防直击雷系统。在室外监控摄像枪的立杆顶部安装避雷针,避雷针采用φ16×1 000mm镀锌圆钢进行焊接安装,引下线利用钢结构立柱,并在杆底座旁与独立防雷接地网相连。取立杆高度为 4～6m,避雷针长度为 1.5～2m,利用滚球法计算可知摄像枪在避雷针的保护范围内(如图 1示)。按设备的最小值要求,接地电阻:R≤4Ω。

图 1 滚球法确定单支避雷针保护范围

①当避雷针的高度 h≤hr时:距地面 hr处作一平行于地面的平行线;以针尖为圆心,hr为半径,做弧线交于平行线A、B两点;以A、B为圆心,hr为半径作弧线,该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。避雷针在 hr的高度在 xx′平面上和在地面上的保护半径,按下列计算式确定:

②当避雷针高度 h≥hr时:在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。其余做法同①中。(1)式和 (2)式中的 h用 hr代入。

3.1.2 终端设备直击雷防护终端设备机房 (监控机房)所在建筑物应采取防直击雷的措施,采用φ10的圆钢 (刷银粉漆)作避雷带、避雷带支撑件(支撑高度 15cm,支撑件间隔 1m)和引下线 (在无建筑物主钢筋作引下线可利用情况下),引下线的间距应≤25m,防直击雷接地电阻应 <10Ω。

3.1.3 防雷地网技术参数对于靠近建筑物的摄像头可利用建筑物主钢筋作为联合接地装置,对于远离建筑的摄像头则需要在摄像头旁做一套人工接地体。考虑到接地装置的导电性、热稳定性、耐腐性和承受雷电流的能力,垂直接地体选用 50×50 ×5×2 500mm镀锌角钢;水平接地体选用 -4× 40mm镀锌扁钢,每隔 5m设置一根垂直接地体。水平接地体埋设深度宜 >0.8m,环网联通,接地体所有焊接点均作防腐处理,接地电阻要求≤4Ω。在此必须注意,无论前端还是终端设备的接地系统,如果距离 <20m的情况,2个接地系统之间应做等电位连接。

3.2 雷电波侵入防护

在雷电过电压脉冲可能入侵的各个通道入口处装设电涌保护器,并采用线路屏蔽、等电位连接防护措施,预防监控室设备遭雷击损坏。

3.2.1 电源系统前端设备保护措施:前端带云台的摄像枪加装组合式视频、云台、电源三合一避雷器;前端无云台的摄像枪前端加装组合式视频、电源二合一避雷器。终端设备采用分级防雷保护措施:总配电柜处安装一台 380V,通流量为 60kA(8/ 20μs)电源避雷器 (SPD1)作为第 1级防护;分电箱处安装一台 220V,通流量为 40kA(8/20μs)电源避雷器 (SPD2)作为第 2级防护;监控室UPS前端安装一台 220V,通流量为 20kA(8/20μs)的电源避雷器(SPD3)作为第 3级防护;监控设备前端串联一台220V,通流量为 10KA(8/20μs)的电源避雷器(SPD4)作为第 4级,单级防护之间的间隔距离应≥5m。(如图 2)

图 2 视频监探系统防雷示意图

3.2.2 传输线路防雷监控系统的传输线路主要有光纤、同轴电缆及双绞线。应针对不同的传输线路做不同的防护:光纤作为传输线路时,由于本身不是导体,对雷电流没有感应,所以线芯不考虑做防雷措施,但加强筋应作接地处理。对于同轴电缆,应在传输线路两端安装 BNC信号避雷器 (参数按系统要求选取),并对传输线路进行穿钢管埋地敷设,在线路的两端对钢管分别接地,做等电位连接;采用双绞线做传输线路时,应在传输线路两端安装 RJ45信号避雷器 (箝位电压应 >1.5Uc,额定泄放电流 In≥3KA(8/20μs,其他参数应符合系统要求),传输线路进行穿钢管埋地敷设。

3.2.3 控制系统防雷所有进入控制室的控制线路加装控制线路避雷器,有线对讲系统安装音频线路避雷器,控制室视频安装组合式视频避雷器,以保护硬盘录像机视频输入口不被浪涌电压击坏,硬盘录像机根据接口类型加装相应的避雷器,以保护硬盘录像机串口不被浪涌电压击坏。

3.3 机房引下线设置

接地引入线采用 >16mm2的多股铜芯线,信号端连接至接地汇接排的接地线采用 >6mm2的多股铜芯线制作,所有的接地线都尽量避开原有的电源、信号线缆。坚决避免为了省事而与室内的各种线路混在一起,从而造成二次雷电感应事故发生。

3.4 地网设置及技术参数

若采用与建筑物直接雷防护地网分离的独立地网方式,垂直接地体应选用 50×50×5×2500mm镀锌角钢,水平接地体选用 -4×40mm镀锌扁钢,每隔 5m设置一根垂直接地体,水平接地体埋设深度宜 >0.8m,接地体所有焊接点均应作防腐处理,接地电阻要求≤4Ω。

4 等电位连接

在建筑物入口处,即 LPZ0B与 LPZ1区交界进行总等电位连接后接地,在后续的雷电防护区交界处按总等电位连接的方法进行局部等电位连接,连接主体应包含系统设备本身 (含外露可导电部分)、PE线、机柜、机架、电气和电子设备的外壳、直流工作地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、管道、屏蔽槽、电涌保护 SPD的接地等均应以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。连接基本方法应采用网型(M)结构或星型 (S)结构。网型结构的环行等电位连接带应每隔 5m经建筑物墙内部钢筋、金属立面与接地系统连接。采用 S型等电位连接网络时,系统的所有金属组件除在接地基准点,即 ERP处连接外,均应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘(>10KV,1.2/50μs)。

5 线路的屏蔽

最安全的布线方式,应采取全程穿金属管埋地敷设,同时,金属管两端必须做有效接地。穿金属管埋地敷设的传输线路,可以使雷电侵入波的幅值得到相当程度的衰减,从而降低设备遭受雷电侵入波损害的概率。实际情况下,由于供电线和通信线多是架空线路,可以全程穿金属管架空走线,或者不作全程穿金属管,但在电缆进入监控机房和前端设备前务必穿金属管埋地敷设,埋地长度应≥15m,在入户端将电缆金属外皮、金属管与防雷接地有效连接,防止雷电波对系统造成干扰危害。