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解决方案机房监控雷电防护系统设计方案

      雷电灾害是自然灾害的一种,它可以直接造成人员伤亡,对航空、电力工业、计算机网络以及建筑物等的危害都是十分明显的。据有关统计,全球每年因雷电造成的人员伤亡超过1万人,所造成的经济损失在10亿美元以上

一、概述

        直击雷是在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流,它的峰值有几十KA及至几百KA,峰值时间很短,以μS计的;间接雷没有直击雷那么猛烈,但它发生的机率远比直击雷高的多。一次直击雷可能袭击一两个小范围的目标,而一次雷击可以在比较大的范围内多个小局部同时发生雷电过电压现象,并且这种感应可以通过电力线、网络线等金属导体传输到很远,致使雷害范围扩大,特别是随着大规模集成电路的应用,防雷已由以前的防直击雷为主发展到今天的综合防雷。
        随着安全监控系统在银行、交通、小区、库房管理中的迅速普及应用,监控系统设备因雷击破坏的可能性就大大增加了。其后果可能会使整个监控系统运行失灵,并造成难以估计的经济损失。为了对安全监控系统采取有效的防雷保护措施,保障监控系统正常可靠的运行,首先应明确监控系统遭受雷击损害的主要原因以及雷电可能的侵入途径,尤其是雷击损坏较为严重的室外监控设备,在分析其损坏原因的基础上,正确选择和使用监控系统设备的防雷保护装置,以及研究和探讨信号、电源线路的布放、屏蔽及接地方式等。可以使各安防工程公司,对提高监控系统的抗雷电能力,优化系统的防雷水平起到很好的作用。

二 、防雷设计依据 

1、《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 www.vbong.cn 维邦电子
2、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
3、《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008
4、《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-2008
5、《电子设备雷击保护导则》GB/T7450-87
6、《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

三、设计范围

1、闭路监视系统防雷的设计
2、机房广播媒体雷电防护设计
3、机房配电系统的防护设计
4、设备接地的要求和措施

四、设计方案

       传统的防雷重点是针对直击雷的安全,进入二十一世纪信息时代,电子信息系统的设备是集电脑技术与微电子技术于一身的高技术产品,它的信号电压很低,而且随着技术进步还会不断降低,很容易受雷电感应、雷电电磁脉冲的影响,如果没有先进的防雷技术配套,信息系统的易损性则很难避免,尤其在关键时刻,如何让设备全天候作业,确保人员、设备的安全,这即是本次设计的重点。
计算机机房设备都是耐压程度较低的微电子设备,容易遭受雷电电磁脉冲的干扰以及串入线路中的电涌电流的冲击而造成损坏。所以对于机房必须从电源线路、信号线路和机房内部进行全面保护才能保证机房设备安全稳定地运行。
1、闭路监视系统的组成及雷害成因
A)电视监控系统(Closed Circuit Television,简称 CCTV),一般由以下三部分组成:
      前端部分:主要由摄像机(头)、云台、控制信号解码器(1.5/4V)、电源变压器(12/24V)防护罩、支架、接闪器等组成。
传输部分:使用同轴电缆、电线、多芯线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。
终端部分:主要由电源、显示器、画面分割器、解码器、监视器、控制设备等组成。
B) CCTV 系统雷害成因
      直击雷:雷电直接击在露天的摄像机上造成设备损坏;雷电直接击在架空线缆上造成线缆熔断。
电波侵入:CCTV 的电源线、信号传输或进入监控室的金属管线到雷击或被雷电感应时,雷电波沿这些金属导线侵入设备,造成电位差使设备损坏。
雷电感应:当雷击避雷针时,在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势。这现象叫电磁感应。当有带电的雷云出现时,在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达 100kv,信号线路上可40-60kv。这种现象叫静电感应。电磁感应和静电感应称为感应雷,又叫二次雷。它对设备的损害没有直击
       为了更有效地保护机房设备设施,我公司本着“安全可靠、技术先进、经济合理”的指导思想进行设计。
2、闭路监视系统的防雷
1)前端设备的防雷
      前端设备有室外和室内安装两种情况,安装在室内的设备一般不会遭受直击雷击,但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害,而室外的设备则同时需考虑防止直击雷击。前端设备如摄像头应置于接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内。当摄像机独立架设时,
避雷针最好距摄像机 3-4 米的距离。如有困难避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上,引下线可直接利用金属杆本身或选用 Φ10 的镀锌圆钢,地网接地电阻小于 10Ω。为防止电磁感应,沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽,並作等电位連接,控制箱应安装在接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内,箱内引入线应穿金属管屏蔽,並与箱体作等电位接地連接。
    为防止雷电波沿线路侵入前端设备,应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器,摄像机的电源一般使用 AC220V 或 DC12V。摄像机由直流变压器供电的,单相电源避雷器应并联在直流变压器前端,如直流电源传输距离大于 25 米,则摄像机端还应並接低压直流避雷器。有些进口型号云台控制信号解码器的电压可能低于 2V,因此应选用启动电压較低的避雷器(VPF24AC)进行保护。本方案监控设计:高清摄像机装配网络二合一,型号VSVE-2/24V防雷器。 
信号线传输距离长,耐压水平低,极易感应雷电流而损坏设备,为了将雷电流从信号传输线传导入地,信号过电压保护器须快速响应,在设计信号传输线的保护时必须考虑信号的传输速率(≥10M)、信号电平(5V),启动电压(7V)以及雷电通流量(电缆线限制在最大 5KA)等参数。室外的前端设备应有良好的接地,接地电阻小于 4Ω,高土壤电阻率地区可放宽至 <10Ω。
 

防雷器:网络二合一防雷器
型号 :VSVE-2/24V     
数量:   100            

2)传输线路的防雷
       CCTV(闭路监视系统)系统主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的电源可从终端设备处引入,也可从监视点附近的电源引入。控制信号传输线和报警信号传输线(如果有的话)一般选用芯屏蔽软线,架设(或敷设)在前端与终端之间。
        GB50198-1994 规定,传输部分的线路在城市郊区、乡村敷设时,可采用直埋敷设方式。当条件不充许时,可采用通信管道或架空方式,此时规定了传输线缆与其它线路並沟的最小间距和与其它线路共
      杆架设的最小垂直间距,电缆与其它线路共沟(隧道)的最小间距:220V 交流电线 0.5m,通讯电缆 0.1m。
      电缆与其它线路共杆架设的最小垂直间距。1—10KV 电力线 2.5m,1KV 以下电力线 1.5m 广播线 1.0m 通信线 0.6m。
      从防雷角度看,直埋敷设方式防雷效果最佳,架空线最容易遭受雷击,并且破坏性大,波及范围广,为避免首尾端设备损坏,架空线传输时应在每一电杆上做接地处理,架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地和等电位連接。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。
      传输线埋地敷设并不能阻止雷击设备的发生,大量的事实显示,雷击造成埋地线缆故障,大约占总故障的 30%左右,即使雷击比较远的地方,也仍然会有部分雷电流流入电缆。所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设,保持钢管的等电位连通,由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应,对防护电磁干扰和电磁感应非常有效。如电缆全程穿金属管有困难时,可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入,但埋地长度不得小于 15 米,在两端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置作等电位相连。
3)终端设备的防雷
       在 CCTV 系统中,监控室的防雷最为重要,应从直击雷防护、雷电波侵入、泉州维邦电子有限公司www.vbong.cn等电位连接和电涌保护多方面进行。监控室所在建筑物应有防直击雷的避雷针、避雷带或避雷网。其防直击雷措施应符合 GB50057-94 中有关直击雷保护的规定。监控室尽可能不设在所在建筑物的项层、顶二层。
进入监控室的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。架空电缆线直接引入时,在入户处应加装避雷器(380B40S),并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。监控室内应设置一等电位连接母线(或金属板)作汇流排,该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE 线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。各种电涌保护器(避雷器)的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。控制设備摆放不能靠近窗户,主要控制电脑中心最好摆放在建築物中心的房間,地面铺放铜扳並作法拉第茏等电位連接。
    由于80%雷击高电位是从电源线侵入的,为保证设备安全,一般电源上应设置三级避雷保护,第一级设在总配电房,第二级设在控制室配电柜,第三级设在设備进电前。在网络视频线,视频传输线、信号控制线、入侵报警信号线(如果有的话)进入前端设备之前或进入中心控制台前应加装相应的避雷保护器如VSE/24R-100M(24路百兆网络防雷器)。  
     良好的接地是防雷中最重要的一环。接地电阻值越小过电压值越低。监控中心采用专用接地装置时,其接地电阻不得大于4Ω。采用综合接地网时,其接地电阻不得大于 1Ω。选用适中的接地线材也很重要,原则上应尽量选用铜材,线徑要粗,方便泄流,减低地电位反击电压。

 
防雷器:网络防雷器
型号 :VSE/24R-100M       
数量:        5       
    
3、机房配电系统的防护(电源部分)
3.1、在中心机房总配电箱采用第一级电气防护,安装模块式电涌保护器,电涌保护器型号为VPB80/4,标称放电电流为40KA。
3.2、在UPS电源、控制室配电柜前端配电箱内安装型号为VPC40/4电涌保护器,标称放电电流为20KA,作为电源二级防护.
3.3、设备电源插座加装防雷排插,型号为VPU-P6-L1的电源式末端防雷插座,标称放电为10KA,作为电源第三级保护。防雷排插接地应就近与等电位端子板连接,连接铜线不应小于4mm²。

 
防雷器:
型号 :VPB80/4    VPC40/4     VPU-P6-L1
数量:        1             1              10

 
4、机房广播媒体系统的防护
     在广播电视一对式音频线路装配信号防雷保护器VSC/1B-200V(螺丝压接),作为广播电视线路前段的雷电感应防护保护。
防雷器:数据信号防雷器
型号 :VSC/1B-200V
数量:  100     
 
5、机房等电位的设计(防雷接地)
     自户外引入的上述管道应尽量在建筑物内靠近入口处进行联结,联结也是一种电气连接,但它并非用于载流,而是用以取得相等的电位。
     中心机房内部都采用低压配电系统,尤其是计算机等需要细保护的电子设备,必须作好这些设备之间的等电连接工作,以防止过电压对设备造成危害.
根据《低压配电设计规范》GB50054-95中第4.4.4条(强制性条文)要求,采用接地故障保护时,应将建筑物内导电体(其中包括燃气管道)作总等电位联结。其目的在于降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差,并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害。接地故障是指相线对地或与地有联系的导电体之间的短路,它包括相线与大地、PE线、PEN线、配电和用电设备的金属外壳、敷线管槽、建筑物金属构件、上下水和采暖、通风等管道以及金属屋面、水面等之间的短路。当发生接地短路时,在接地故障持续的时间内,与它有联系的电气设备的金属外壳和金属管道、结构等装置外可导电部分相互间存在故障电压,此电压可使人身遭受电击,也可因对地的电弧或火花引起火灾或爆炸,也可能对银行网络或银行办公设备造成不可估量的损失及损害.产品的质量、电器参数的选择和其使用中的变化以及施工质量、维护管理水平等原因,其动作并非完全可靠。且保护电器尚不能防止由建筑物外进入的故障电压的危害,因此IEC标准和一些技术先进的国家都规定在采用此种保护措施时,还应采取总等电位联结措施,以降低人体受到电击时的接触电压,提高电气安全水平。因此在该总等电位联结系统中弱点设备的等电位连接急待解决.
除电子设备间直接的位外,对于那引起不能直接者则应通过等电位连接器连接。当其两端出现危险电位差时(如雷闪击中建筑物的防雷装置,共用接地装置电位升高或降低),等电位连接器瞬间击穿,相当于两端短接,形成瞬间等电位。如不装设过电压保护器,则可能击穿电气装置的绝缘,或在险场所发生火花和电弧,引发事帮,电子设备就更容易损伤,因此要用导电性能良好的铜芯导线将金属的门窗,管道,几支撑架统一的连接至局部等电位连接端子上,以保证整体电位相等,避免雷电来临时或其他原因产生的过电压对设备产生损害.本方案设计在机房设置安装2个64位局部总等电位端子排,并用不小于6mm²的铜线将机房金属设备,防雷器等连接至端子排上。加装两个等电位连接器至接地端,尽量防止地电位反击。机房静电地板采用等电位不小于6mm²的铜线将其并联至等电位端子排上.等电位端子排接地采用机房大楼基础地网作为本方案中防雷设施的接地泄流措施。
名称:等电位端子排         铜线          等电位连接器
型号 :64位端子排         6mm²铜芯线         接地
数量:  2                  200米              2

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标签:监控 防护 机房 雷电 系统 设计 方案      阅读次数:    文章分类:解决方案    Posttime:2013-11-07 15:07

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