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1、防雷与接地系统2007年06月16日 19:58:17 作者： 张新房 1.1 设计概述根据电力设备过电压保护设计技术规程中的规定，将年平均雷暴日超过40天的地区称为多雷区，而超过90天作为强雷区，此类地区的企业单位应予以重点的防护。根据统计数据表明，珠江三角地区的年雷暴日达到了80天以上，基本上处于强雷区，因此，对于防雷不能带有任何的侥幸心理，若因雷击而导致生命和财产的重大损失是很难用时间和金钱来弥补的，针对雷电防护的专项工程应是刻不容缓的。雷电流的时间虽然短暂，但它巨大的破坏性是目前人类还无法控制的，现阶段通过人力主动化解雷电的危害也是不现实的，我们只能通过努力被动地将雷击的能量给予阻挡并
2、将它泄放入大地，以避免所带来的灾害。雷击和线路过电压会出现多种有害的效应，基本上会有以下几种表现形式：直击雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压侵入和反击。雷击及过电压的保护是一项系统的工作，需要根据不同的特性给予相应而全面的防护。完备的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。在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进
3、入的雷电流阻拦在外，并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。1.2 设计依据o GB50169-92电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 o GB 50057-1994（2000版）：建筑物防雷设计规范； o YDJ 26-89：通信局(站)接地设计暂行技术规定； o GB 7450-87：电子设备雷击保护导则； o IEC 61643-1-1998：接至低压电力配电系统的浪涌保护器； o IEC 61644-1-1999：接至电信网络的信号接口保护器；1.3 抗干扰系统及其设计1. 防止静电干扰静电感应主要来自两个方面，其一是室外高压输电线、雷电等外界电场，其二是
4、室内环境、地板材料、整机结构等的内部系统。由于人体平均电容量大约为200PF，人在走路时，相当带电体间运动而产生静电。身上带电多少与所穿的鞋底的材料、地板材料有关，同时与材料表面状态、室内温/湿度、人走动时的快慢等因素有关，维护人员所穿衣服也有关系，如化纤材料的衣服与身体部位摩擦时，局部积累电荷的电压达上万伏。当对空气放电时会发生响声、声光。静电对集成电路板芯片非常危险。从有关资料看，在损坏的电路板中，有60%是由静电造成的，而用户往往还不知道。静电还能引起软件故障，能使电子开关失灵。绝缘材料能积聚静电，导电材料则不能。绝缘材料包括塑料地板、尼龙和化纤地毯、皮鞋、塑料制鞋、化纤工作服以及低温度
5、环境（干燥环境）。而对于60%以上的湿度环境，半导电材料的地板、水泥地板都是良好的防静电环境。主要的防止静电措施如下： 设备要有良好的接地：敷设防静电地毯或地板革，或者水磨石地面。有贴半导电材料的地板革，要以铜箔在若干点处接地（水泥地与半导电地板之间压贴铜箔并与地线相连）。 防尘：灰尘对监控设备来讲是一大害，进入机房的尘土或其他物质的微粒容易造成插接件或金属接点接触不良，而在湿度大的情况下灰尘又会引起漏电。维护中由于灰尘积聚造成故障的事是常有发生的。尤其是在机房的相对湿度偏低的情况下，易造成静电吸附。 保持适当的温/湿度条件：相对湿度过高或过低对及其都不利，相对湿度过高金属容易发生锈蚀，相对湿
6、度过低容易引起静电； 佩戴防静电手腕：当人体要接触电路板时，应戴防静电手腕，穿防静电工作服，可防止人体带来的静电干扰。2. 抗电磁干扰在小区环境中，产生强电磁干扰信号很多，会影响信号传输质量，影响弱电设备的正常工作，这些干扰包括：高压输电线路电晕放电的干扰；各种开关设备动作时高次谐波所造成的干扰；大型电容、电抗设备操作中引起的电网波形畸变；还有一些强射频干扰；地球磁场、外来辐射等自然干扰源。不论是设备或应用系统外部来的，还是设备或应用系统内部的干扰，都是以电容耦合、电感耦合、电磁波辐射、公共阻抗（包括接地系统）和导线（电源线、信号线和输出线等）的传导方式对设备产生干扰。从设备的对外关系来说，干
7、扰是通过输入信号线、输入线、电源线、接地系统和空间电磁波进行的。因此相应的抗电磁干扰措施有： 消除电网干扰：电网里瞬变过程中所造成的干扰，只要将监控系统的电源改为从主变压器直接引入，再加滤波器电容即可抑制； 消除市电干扰：当监控系统在接有上述干扰源的50Hz市电电网工作时，电网电压会产生急剧的变化，雷击时会产生过电压。这些干扰由电网传到监控设备电源中，容易造成系统设备内处理机运算出错。只有在采取了有效的防电网干扰措施的条件下，才能直接采用市电供电； 消除接地系统带来的干扰：关键在于各种接地，如信号地（包括模拟地和数字地）、电源地、保护地和屏蔽地等不要构成回路，包括大的分布电容构成的回路，否则会
8、因为接地系统的公共阻抗干扰而影响工作。在非高层的建筑里，弱电系统设备的工作接地最好不要与电力设备的接地或防雷接地装置合用，并尽量相距远一些。防止周围环境电磁干扰； 抑制电信线路中的电磁干扰：通信电缆在高频电磁场的作用下（外来的干扰），电缆护套和芯线上会感应出相当大的纵向电压。因为电缆芯线的不对称性，此纵向电压会在芯线的终端形成横向的杂音电压而引起干扰。将电缆护套金属外皮接地后，护套产生了屏蔽作用，纵向电压大大地减小，从而抑制了干扰电压。另外，可采用降低干扰源的电压或电流；减少线路长度或导线距离，从而减小受干扰的环路面积；将绝缘的受干扰导线直接放置在接地面上；采用专用的接地返回线避免共阻；将信号
9、线和返回线扭绞起来，使局部外界的电磁干扰相抵消等措施。3. 电缆电线的抗干扰设计镀锌管、PVC管和PVC槽户外埋地电缆加套热镀锌管，电缆沟内普通电缆加套PVC管，室内电缆加套PVC槽。电缆布线的抗雷击设计为进一步提高系统的抗雷击能力，除在产品设计上合理设计防雷模块外，也在各类可能引入雷击的线缆接口加装各种避雷器。产品的抗干扰设计选用的产品针对不同的接口采用不同的措施来提高自身的抗干扰能力，如：在电源接口处，采用隔离变压器、自恢复保险丝、TVS器件、防雷器件等多种保护措施；在通信接口处，均采用光电隔离、防雷器件等多种保护措施；在其它输入输出接口处，也都采用了光电隔离、防雷器件等多种保护措施；另外
10、，在系统的电路设计上，各种地线完全隔离和充分考虑设备的外壳接地设计。1.4 接地系统及其设计1. 接地系统设计原则本系统选用共用接地系统，即建筑物防雷接地、电源工作接地、保护接地、遥视系统接地及防静电接地等都与小区主接地网相连，共用同一个地。因为小区本身的共用接地系统为小区主接地网系统，其接地电阻按规定要求为R1。弱电系统的所有信号电缆、电源电缆当采用穿金属保护管保护时。其金属保护管和电源屏蔽层在主控室均作等电位连接，同时与建筑物金属构件作等电位连接，并保证一点接地。与主接地网连接的各接地点间距应大于15M。系统中的所有金属构件，包括机柜、箱、支架和摄像机外壳等，均与主控室其他金属组件作等电位
11、连接，并接至小区公用接地系统。2. 接地规程 接地导线采用铜导线以降低高频阻抗，接地线尽量粗、短； 接地端子必须经过防腐、防锈处理，同时用螺栓拧紧，以机械方式保证； 接触良好； 地线与信号线注意不要平行走线或相互缠绕以减少相互的干扰。3. 接地系统设计 所有室外线缆的金属屏蔽层必须可靠接地；接地两侧电缆的金属屏蔽层必须导通； 有条件的地方，交直流电源应和信号分别接地，分别使用单独的地线回路； 保证室内、室外采集设备的保护地与通信电缆的屏蔽层接地为一体，并且线缆两端均有去向标记； 设备接地端的接触面的油污、油漆、锈斑等应清除干净，以保证与压接端子的可靠接触； 弱电系统设备与传输设备连接电缆屏蔽层
12、的接地推荐使用单端接地的方式，必须保证发端接地，收端保留接地的可能。室外带立杆摄像机接地如图1 所示：图1 室外带立杆摄像机接地示意图带云台摄像机接地如图2所示：图2 室内带云台摄像机接地示意图1.5 设备防雷系统及设计1.保护区划分保护区（即一个欲保护的区域）从EMC（电磁兼容）的观点来看，有外到内可分为几级保护区，最外层是0级，是直接雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低，过压主要是沿线串入的，保护区的界面通过外部防雷系统、钢筋混凝头及金属管道等构成的屏蔽层而形成，电气通道以及金属管道则经过这些界面。从0级保护区到最内层保护区，必须实行分级保护，对于电源系统，分为I、II、III、I
13、V级，从而将过电压降到设备能承受的水平，对于信息系统，则分为粗保护和精细保护，粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细保护则要根据电子设备的敏感度来进行选择，从理论上讲，雷电流约有50%是直接流入大地，还有50%将平均流入各电气管道（如电源线、信号线和金属管道等）。2. 防雷措施 在建筑物易受雷击的部位装设避雷网或避雷带； 突出屋面的物体如烟囱、天线等，应在其上部安装架空防雷线或避雷针进行防护； 防雷装置的引下线不应小于4mm2，其间距应大于30米； 室外的电源、金属管道等在进入建筑物之前，应进行接地，室外架空线直接引入室内时在入口处应加避雷器； 烟囱、天线等应加避雷针或避雷环保护； 建筑物宜利
14、用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础的钢筋作为避雷装置的泄下线； 建筑物的防雷接地，宜采用联合接地系统。联合接地系统应将视频用的工作地、保护接地、建筑物的防雷接地以及工频交流供电系统的接地连接在一起。联合接地的接地值要求较高。由于要求的接地值不大于1，而各种视频设备的接地要求并不尽相同。所以，应按各种接地装置的最小值要求确定。3. 防雷等电位设计为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依次进行局部等电位连接，各个局部等电位连接棒互相连接，并最后与主等电位连接棒连接。对穿越室外或室内敷设的
15、线缆等通过防雷过压保护器进行等电位接地连接。4. 终端设备保护对于设备（或系统）必须在各进出线安装相应的避雷/过压保护器，一旦线缆上感应过电压（或遭直接雷击），由于避雷/过压保护器的作用，设备（或系统）的各端口电压大致达到相等水平（即等电位），从而保护设备（或系统）免遭破坏。同时设备还应有工作接地和外壳接地，并具有明显标识。典型的摄像机防雷保护如图3所示：图3 闭路电视监控系统过电压防雷保护示意图1.6 防雷设备的选型和应用原则防雷设备正确选择和安装应用与否，将直接关系到防雷系统的质量和效果。如果选择和安装不当，不但难于起到防雷的有效作用，甚至还可能会对造成引雷的灾害。因此，设备的选型和安装应用将是至关重要。1.6.1 电源避雷器的选择和应用原则 电源避雷器的选用根据项目的实际情况决定，如果已经建设，可不建设。 考虑到管理站电源负荷电流容量较大，为了安全起见及使用和维护方便，电源系统的多级防雷，原则上均选用并联型电源避雷器； 电源避雷器的保护模式有共模和差模两种方式。共模保护指相线-地线(L-PE)间、零线-地线(N-PE)间的保护；差模保护指相线-零线(L-N)间、相线-相线(L-L)间的保护； 残压特性是电源避雷器的最重要特性，残压越低，保护效果越好。但考虑到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况，在尽
