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某博物馆安全防范系统防雷设计方案

时间:2022-08-10 18:58:30 作者:乐鱼体育在线 来源:乐鱼平台注册
  雷电防护是一个系统工程,根据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的定义,系统防雷分为两大部分,一是外部防雷措施,旨在防护直击雷的危害;一是内部防雷措施,旨在防护感应雷对电器设
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  • 产品介绍

  雷电防护是一个系统工程,根据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的定义,系统防雷分为两大部分,一是外部防雷措施,旨在防护直击雷的危害;一是内部防雷措施,旨在防护感应雷对电器设备的危害。

  监控系统由前端摄像枪设备、监控室显示录像设备以及传输线路组成,系统采用了大量的集成元件,在雷击发生时,传输线路感应到雷电磁场产生过电压,可高达几千伏,对集成元件有较大的危害。监控系统中的传输线A非防雷区域。系统走线在布线阶段没有考虑与防雷引下线保持足够的距离,这些都为系统的安全运行留下了隐患。

  目前,世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是,随着现代电子技术的不断发展,大量精密电子设备的使用和联网,避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压,而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。每年各种通讯控制系统或网络因雷击而受破坏的事例屡见不鲜,其中安防监控系统因受到雷击引起设备损坏,自动化监控失灵的事件也常有发生。安防监控子系统中部分前端摄像机设计为室外安装方式,对于雷雨多发地区必须设计安装防雷电系统。

  雷电具有极大的破坏性,其电压高达数百万伏,瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次:

  ③传输或储存的信号、数据(模拟或数字)受到干扰或丢失,甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。

  雷击是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国现代化建设的不断提高,自动化控制设备应用越来越广泛,集成度规模越来越大。一方面大型电子计算机网络,自动化控制等系统设备耐过电流,耐过电压的水平越来越低,另一方面由于信号来源路径增多,系统较以前更容易遭受雷电波的侵入,致使雷电灾害频频发生。据统计,雷电对电子设备的损坏,占设备损坏因素的比例高达31%,防雷电过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。

  1)直击雷:是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上,因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。

  2)感应雷:是指雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时,会在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、设备间连接线和铁路钢轨等导体上产生静电和电磁感应过电压,使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。

  直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害,而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击,都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标,而一次雷闪击都可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压,并且这种感应高压可以通过电力线、电话线、天馈线等传输到很远,致使雷害范围扩大。

  3)电磁脉冲:由于雷电电流有极大峰值和陡度,因此在它的通道周围会出现很强的瞬变电磁场,处在这个瞬变电磁场中的导体就会感应出较大的电动势,而此瞬变电磁场,都会在空间一定的范围内产生电磁作用,也可以是脉冲电磁波辐射,而这种空间雷电电磁脉冲波(LEMP)是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间极短或感应的电压很高,以致产生电火花,其电磁脉冲往往超过2.4高斯。依据GB/T 2887-2000《电子计算机场地通用规范》标准这些场合对磁脉冲承受限度应小于800A/m,故在新机房建设或旧机房改造时应对防雷与磁屏蔽措施必须充分注意。

  4)地电位反击:建筑物的外部防雷系统(如避雷针、避雷网等)遭受直接雷击,在接地电阻的两端就会产生危险的过电压,由设备的接地线、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物(各种管道、电缆屏蔽管等)引入设备,造成设备的损坏。

  5)操作瞬间过电压:众所周知,当电流在导体上流动时,会产生磁场,储存能量,电流越大,导线越长,储能越大,所以当大型负载(特别是电感性负载)电气设备开关时,便会产生瞬时操作过电压。

  按照IEC1312-1及GB50057-2010要求,应将要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。防雷区宜按以下分区:

  1、LPZ OA区:直击雷非防护区,本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流;本区内的电磁场没有衰减。

  2、LPZ OB区:直击雷防护区,本区内的各物体不可能遭到直接雷击,但本区内的电磁场没有衰减。

  3、LPZ 1区:屏蔽防护区,本区内的各物体不可能遭到直接雷击,流经各导体的电流比LPZ OB更小;本区内的电磁场可能衰减,这取决于屏蔽措施。

  4、LPZ 2区等:后续防雷区,当需要进一步减小导入的电流和电磁场时,应引入后续雷区,并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。通常,防雷区的数越高电磁环境的参数越低。

  在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接,并宜采用屏蔽措施。

  雷击区与地质结构有关。苏联H﹒C﹒斯捷柯里尼科夫(CTehojhkob)曾用模拟试验的研究方法证明,如果地面土壤电阻率的分布不均匀,则在电阻率特别小的地区,雷击的几率较大。这就是在同一区域内雷击分布还是不均匀的原因。

  这种现象我们称之“为雷击选择性”。试验结果证明,雷击位置经常在土壤电阻率较小的土壤上,而电阻率较大的多岩石土壤被击中的机会很小。这是因为在雷电先驱放电阶段中,地中的电导电流主要是沿着电阻率较小的路径流通,使地面电阻率较小的区域被感应而积累了大量与雷云相反的异性电荷,雷电自然就朝这些地区发展。

  根据H.那林达(Norinder),O.沙卡(Salka)和上面提到的H.C.斯捷柯尼科夫的试验结果和实际调查资料证明,以下场所易遭雷击:

  ² 土壤电阻率较小的地方,如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方;

  防止雷电以金属导线或金属管道为通道,以雷电波的形式侵入建筑物内,危害室内人身安全和毁坏设备;

  防止因雷雨云闪电时,强大的脉冲电流使云中电荷与地面中和,从而引起静电场的强烈变化,导致附近导体上感应出与先导通道符号相反的电荷产生的高电位对电子设备和易燃易爆场所的危害;

  防止雷电的电磁场感应危害。当雷电流在50~100us的时间内,从0安培变化到几十万安培,再由几十万安培变化到0安培,在其周围空间中产生瞬变的强电磁场,在空间变化电磁感应电动势会对该处设备造成危害;同时闪电能辐射出频率为几赫的极低频率直到几千兆赫的特高频率,其中5~10kHz的电磁辐射强度最大。当被保护物距离雷电较近时,主要受静电感应影响,距离雷电较远时,主要受电磁辐射的影响,轻则干扰信号线、天线等无线电通讯,重则损坏仪器设备或引起易燃易爆场所产生火花,发生爆炸。

  1、博物馆总配电房需加装一级电源防雷器,配电柜金属外壳需接地处理接地就近凿建筑物主筋。

  4、室外监控系统需加装电源防雷器、信号防雷器,对户外线、监控机房内各金属构建、物等做好等电位连接,室内铺设均压环。各摄像机安装电源、信号、控制等防雷器。接地就近凿建筑物主筋。

  这主要包括总配电房、电梯配电柜、监控室配电柜电源进线,由高压线路感应的过电压或者在室外架空电源线、信号线路引入雷电

  这主要包括通信信号线、视频线等,这些信号线缆在室外电缆沟槽或者非屏蔽埋地布设引至监控室,发生雷击时线缆极易感应过电压,并沿这些线路入侵监控系统等设备,造成其损坏,影响正常工作。

  现代数字化监控系统的设备,对雷电极为敏感。即使几公里以外的高空雷闪或对地雷闪击有可能导致这些网络系统的薄弱环节计算机 CPU 控制中心误动或损坏,根据国外资料介绍 0.03 高斯的磁场强度可造成计算机误动, 2.4 高斯即可使元件击穿,造成永久损坏。

  (8)GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

  我们提倡“低残压、安全保护”的安全防雷理念,并力求“线路和空间两个干净”,同时又突出重点。

  一个完善的配电线路防护方案应从总配电、分配电、重要设备配电等全面考虑。依据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012第5.4.1电源线路防雷与接地的规定:第一级电源防雷器的泄放电流不小于50kA/线kV,要求具有相线对地线、中线对地线的保护功能;设备前端电源防雷器的泄放电流不小于20kA/线kV,要求具有相线对地线、中线对地线、通信线路防护设计原则

  一个完善的通信线路防护方案应从进出建(构)筑物的所有有源通信线、设备间的非常重要的数据线、建(构)筑物内接近或超过30米长的数据线等全面考虑,其它无明显雷击感应点则不予考虑。

  信号防雷器的泄放电流不小于10kA/线us),残压、频率、阻抗、接口满足信号传输要求。

  采用共用建筑物基础接地,接地电阻要求不大于4Ω。雷击地电位抬高对低电位线路(主要是对外的电源线、通信线等)形成的电位差,采用线路上加装的SPD的方法进行防护。

  建(构)筑物内设备柜为金属柜的,应做好等电位接地处理,使处于其内的设备所受到的雷电磁场干扰有一定的减小;雷电电磁场的影响主要体现在进出柜的电源和信号线路,能采取屏蔽措施的线路就屏蔽,无法实施屏蔽的线路采用加装SPD的方法,防止设备损坏。

  现代防雷技术的理论基础在于:闪电是电流源,防雷的基本途径就是要提供一条雷电流(包括雷电电磁脉冲辐射)对地泄放的合理的阻抗路径,而不能让其随机性选择放电通道,简言之就是要控制雷电能量的泄放与转换。

  以下防雷措施是综合我公司多年防雷工程经验,参照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012的相关条款的基础上,对某博物馆存在雷电隐患的建(构)筑物进行防雷设计。

  直击雷防护设计根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010“第二章 建筑物的防雷分类,应按第三类防雷建筑物的防雷措施进行防护。

  根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的“5.3屏蔽及布线”和《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010“第3.4.9条防雷电波侵入的措施,应符合下列要求”之规定,我们设计:

  A. 博物馆天面没有安装避雷带不符合要求,需沿女儿墙上敷设一圈避雷带,避雷带采用φ10热镀锌圆钢,约220m;避雷带每隔约1—1.5米做一支撑点,支架高度0.15m,数量约220个。

  B. 天面需做避雷网格,材料采用φ10热镀锌圆钢,网格规格大小为10mX10m,避雷网格与女儿墙上的避雷带做可靠地电气连接。

  C. 在博物馆屋面阳角位需加避雷短针,规格为φ12X600mm,数量为12根。

  D. 避雷带引下线利用建筑物柱筋,避雷带每隔25米需在屋面凿柱主筋做接地,共8处。

  依据《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲 第三节 屏蔽、接地和等电位连接的要求:第 6.3.4条及第四节 对电涌保护器和其他的要求:第6.4.7条规定,同时,依据《建筑物防雷设计规范》第六章:第四节 第6.4.4条及I IEC61312 《雷电电磁脉冲的防护》第三部分:浪涌保护器的要求,浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到 4KV以下。

  设计在博物馆总配电房总配电柜电源进线端并联安装一套DKLB-25/3PN开关型电源浪涌保护器,作为电源第一级防雷保护。防雷器安装时,在防雷器前串联C63/3P空开,相、中性线BVR铜导线BVR铜导线就近与柱子主筋连接。

  根据《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第 6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB 50054-95建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第III类耐冲击过压,其耐压为4KV;《低压配电设计规范》第四章的有关规定,依据雷电分流理论,能将4KV的线路残余感应雷击过电压限制到2.5KV以下。对于特殊区域需要做重点防护的配电电源需使用通流容量不低于40KA的电涌保护器进行加强保护。

  在博物馆电梯配电柜内电源进线端并联安装一套DKL-40/3PN限压型电源浪涌保护器,作为电源系统的第二级防雷保护。防雷器安装时,在防雷器前串联C32/3P空开,相、中性线BVR铜导线;接地线BVR铜导线就近与柱子主筋连接。

  在博物馆监控室配电柜内电源进线端并联安装一套DKL-40/3PN模块式电源浪涌保护器,作为电源系统的第二级防雷保护。防雷器安装时,在防雷器前串联C32/3P空开,相、中性线BVR铜导线;接地线BVR铜导线就近与新设接地排连接。

  根据 GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章:配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定;参照 JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》第13部分:电力设备防雷 、第14部分接地及安全以及GBJ 64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》第五章、第六章、第八章 部分条文。智能建筑配电线路设计的实际情况,考虑到各种电子机房内设备的重要性,将配电系统 第三级防雷保护设计为: 使用 8/20μs波形、通流容量不低于20KA每线的电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到1800V以下。

  在监控室的10个分配电开关处各并联安装DKL-20/1PN限压型电源浪涌保护器,作为电源系统的第三级保护。

  根据 GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章:配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定;参照 JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》第13部分:电力设备防雷 、第14部分接地及安全以及GBJ 64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》第五章、第六章、第八章 部分条文。智能建筑配电线路设计的实际情况,考虑到各种电子机房内设备的重要性,将配电系统 第三级防雷保护 设计为: 使用 8/20μs波形、通流容量20KA每线的电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到1000V以下。

  在监控室内的15处重要设备电源取电处加装DKL-3500W/6防雷插座,作为电源系统的第四级保护。

  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接雷击,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和感应雷。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。为了施工方便避雷针一般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 Φ 8的镀锌圆钢或25mm 2 铜导线条第三款的要求接地电阻不大于10欧姆。

  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。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,如电源线V)、视频线和云台控制线。这样做比较麻烦,问题比较多,且要受安装空间的限制,因此可以选择组合式“三合一”或者“二合一”的监控摄像机多功能组合式电涌保护器。

  在博物馆带云台摄像枪或自动球机的前端接线处串联安装DKL组合式防雷器 DKL-3IN1/220作为对摄像枪控制,视频信号,电源三条线路的防浪涌保护。数量约为20个,配防水安装箱20个,防雷器应就近凿柱筋做接地。

  在博物馆固定枪机的前端接线处串联安装DKL组合式防雷器DKL-2IN1/220作为对摄像枪视频信号,电源两条线路的防浪涌保护。数量约为228个,配防水安装箱228个,防雷器应就近凿柱筋做接地。

  CCTV系统的传输线路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一般选用多芯屏蔽软线,架设(或敷设)在前端与终端之间。GB50198 -94 《 民用闭路监视电视系统工程技术规范 》的规定,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。

  采用通信管道或架空方式时,应注意传输线缆与其它线路的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距。比如与 220V交流配电线米,与通讯电缆的最小间距为0.1米,与1~10KV电力线KV以下电力线米,与广播线米,与通信线米等等。

  直埋敷设方式防雷效果较好,而架空线比较容易感应雷击。为避免首尾端设备损坏,在使用架空线传输时,应在每一支撑杆上做接地处理,架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。中间放大器,光端机输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。

  在光端机的视频信号的接线处串联安装视频信号防雷器DKL-BNC作为对视频线路的浪涌保护,若无特殊说明接线端口均采用BNC接口,需5个。

  在光端机的控制信号输出总线处串联安装控制线路电涌保护器DKL-RS485/24作为对控制信号线个。

  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、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,防直击雷措施应符合GB 50057 94《建筑物防雷设计规范》 的规定。进入监控室的各种金属管线应接到共用的接地装置上,易采用一点法接地。

  按照 YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求规范的要求,通流容量应大于3KA。

  视频信号:在每路视频同轴线进入户内视频矩阵的接口处串联安装机架式视频信号防雷器DKL-NBC/16,作为对视频线路终端设备的浪涌保护,需17台。

  等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。将进入监控中心的各类管线的屏蔽层、机器等在进入大楼前进行等电位连接后接地。在进入设备前再进行二次等电位连接后接地。将户外摄像头输出的同轴电缆的外层和其它管线外层在进入大楼前进行等电位连接后接地。

  将分开的外导电装置用等电位连接导体后接地,以减少系统设备所在的建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的建筑物内所有金属构件的多重连接建立一个三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。为方便等电位连接施工,应在一些地方预埋等电位连接预留件。

  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。

  根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的“5.2等电位连接与共用接地系统设计”和《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994“第3.3.9条防雷电波侵入的措施,应符合下列要求”之规定,我们设计:

  A. 在监控机房内侧立柱抽建筑物柱筋焊接铜铁转换头作为机房设备接地点(共计2处,并修复);利用截面积为25mm2的BVR铜导线与新建等电位排连接;

  B. 在机房内设置2m*2m网格状等电位排,材料为30*3紫铜排,利用Φ8*50的绝缘子(间隔2米)固定于机房地面上,等电位排采用25mm2的BVR铜导线与机房设备接地点连接;机房内所有设备金属外壳、SPD接地线、进户的电缆金属铠层,以及光纤加强筋等均利用6mm2的BVR铜导线BVR铜导线个;