智能化系统防雷措施

文│中石化中原石油勘探局工程建设总公司 李 军

智能化系统防雷措施

文│中石化中原石油勘探局工程建设总公司 李 军

随着智能化系统在住宅小区及企事业单位中的广泛应用，大量高精度富含CMOS集成元件的设备进入百姓生活。这些设备耐过电压和耐过电流能力极低，无法保证在特定的空间里遭受雷击还能正常运行；并且各系统多包含大量的电子设备和计算机系统，这些电子设备和计算机系统通常耐电压等级低，抗干扰能力差，最怕遭遇雷击，一旦遭遇雷击，直接影响到该区居民的安全及企事业单位工作的正常进行。因此采用具有可靠性避雷措施至关重要。本文简要论述一套完整而易于操作的防雷系统及其运行维护注意要点供参考。

1 雷电波入侵的常见途径

1.1 雷电直接击中计算机网络物理线路

（1）落雷点为电源高电压侧。雷电沿供电线路侵入到计算机网络系统供电部分，产生过电流与过电压，造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电，致使整个系统瘫痪。

（2）雷电直击网络无线通信的天线，沿馈线进入计算机网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。

（3）雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、x25专线、电话线），产生强大的机械力、猛烈的冲击波和炽热的高温使通信线路损坏；过电压和过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。

1.2 感应过电压

1.2.1 回路感应过电压

由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路(如电源线、数据通信线、天馈线），导致网络结构错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路。当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交叉连接这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与此回路相连接的电子设备。

网络通信线路上感应过电压又分为静电感应与电磁感应。

静电感应主要是指架空线路位于雷击点附近，由雷云团在先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷迅速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两侧传播，侵入线路两端连接的网络设备将其损坏。

电磁感应则是当雷电直接击在避雷针避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，会在雷电流的通道附近产生一个很强的瞬变磁场。强大的磁场将直接在电源线或网络通信线路上感应出过电压，侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30kA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1km范围内网络系统产生影响，甚至造成系统设备损坏。据统计，电磁感应雷击事故占计算机雷击事故的70%。

1.2.2 耦合与转移过电压

雷击引起的暂态高电压或过电压常常会通过网络线路耦合或转移到网络设备上，造成设备的损坏。

1.3 雷击地电位抬高入侵

建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压差，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至威胁人身安全。

2 计算机网络设备抗干扰能力分析

计算机及网络设备由大规模集成电路组成，抗干扰能力弱，虽采取了许多抗干扰措施，对低能量干扰比较有效，但对雷电电磁脉冲生成的过电压和过电流的抗干扰比较薄弱，对浪涌或雷电磁脉冲特别敏感，仅十几伏的电压就可通过电源系统、数据传输线等途径毁坏计算机主板、RS232 口、多功能卡、网络设备。

3 防雷措施

3.1 控制中心

（1）控制中心机房所在建筑物总电源安装三相电涌保护器，如REP-D380B7C，通流容量60kA，带雷击计数器；控制中心机房总开关安装三相电涌保护器，如REPD380B7B，通流容量40kA；UPS电源前端安装UPS专用电涌保护器，如REPD220UPSD，功率≤7kVA，串联，带LC滤波。

（2）各部分网络端口采用电脑网络避雷器，如REP-X06-RJ45-E100，用于网络线路防雷。

（3）交换机柜安装单相交流电源避雷器（串联，通流容量20kVA），如REPD220B3A。

（4）接地处理：所有避雷器均利用其现有接地设施，不再加地网（依抽样检测地阻结果，接地电阻均可达到要求）。

3.2 监控系统

监控系统的综合防雷设计应考虑环境因素、雷电活动规律、系统设备的重要性、发生雷灾后果的严重程度，分别采取相应的防护措施。

（1）在进行综合防雷设计时，应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术先进、经济合理、定期检测、随机维护的原则，进行综合设计及维护。

（2）监控综合防雷系统的防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、启用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护，必须坚持预防为主，安全第一的指导方针。

（3）监控综合防雷系统应根据所在地区雷暴等级和雷电防护区的设备放置，采用相应的防护标准。

摄像头：单回路、布线较近摄像头视频线路采用视频信号避雷器，如REP-GVD；采用编码控制方式、布线较远摄像头采用控制线路避雷器，如REP-X04-ZX；摄像枪电源线路均安装摄像枪专用电源避雷器，如GVD-220VAC或GVD-12VDC；对于12V电压取电较远的摄像枪，安装如GVD-12VDC；对于12V电压取电较近（不超出5m）的摄像头，安装如GVD-220VAC。

道闸LED电子显示屏：每个岗亭总电源处安装单相交流电源避雷器一个，如REPD220B3；每个道闸安装一个模块式串联避雷器，如REP-D116；每台电脑中心连接的5类线均安装一个电脑网络避雷器，如REPX06-RJ45-E100；每个LED显示屏安装一个单相串联避雷器，如REP-D220B3。

3.3 门禁一卡通系统防雷方案

（1）门禁读卡机：读卡机系统的门禁和主机电源线路安装通流量为10kA单相电源避雷器，如REP-D116；门口机和主机的通信线路两端安装通信线路避雷器，如REP-X04-ZX2。

（2）无线对讲系统：对讲机天线安装同轴线路避雷器，如REP-G400。

（3）有线对讲系统：有线对讲系统安装音频线路避雷器，如REP-X04-AU，只在对讲主机一端安装避雷器。

4 运行维护

（1）避雷器安装之后，应检查所有接线是否正确安装，然后运行测试，看系统和设备是否正常工作， 有无异常情况，如有，应及时检查，直至整个系统均正常运作。

（2）每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护，主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。

（3）接地网的接地电阻每年进行一次测量。

（4）每年雷雨季节前应对运行中的避雷器进行一次检测，如检测发现异常应及时处理；雷雨季节中要加强外观巡视，若发现问题应及时采取措施。