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廣東省建筑設計研究院防雷保護方案
時間:2015-11-19  瀏覽:

 一、引 言

        雷電是一種極具破壞力的自然現象,在雷擊放電的瞬間其電壓可高達數百萬伏,瞬間放電電流更可高達數萬安培。雷電所造成的破壞范圍和嚴重后果往往被人們忽略,其實每一次落雷都在雷擊中心1.5-2Km范圍內都可能產生危險雷電高壓通過供電線路和信號線路損害所聯接的設備。每年雷電造成的損失在自然災害中已占高達30%的比例,雷電災害如同暴雨、颶風一樣都屬于氣象(自然)災害。一般而言,雷電災害具有突發性、多樣性、復雜性、破壞性等特點。隨著現代化高新技術產業基礎——電子技術的迅速發展和廣泛運用,雷電災害尾隨而至,還呈現出新的特點:受災面大大擴展,特別容易侵入與高新技術最密切的領域,損失和危害程度大大增加。
        近年來,雷電的破壞由主要以直擊雷擊毀人和物為主發展到以通過金屬線傳輸雷電波破壞電氣設備為主。隨著大量的自控設備和精密儀表應用的范圍日益廣泛,雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。由于自控儀表設備內部結構的高度集成化,使設備耐受過電壓、過電流的能力下降,更易遭受雷電破壞。輕者可造成設備的接口損壞,使通信中斷,大量信息無法傳輸;重者使控制主機損壞,導致控制系統癱瘓,工作無法進行。造成財產損失、設備停用,嚴重時甚至威脅維護人員和用戶的人身安全,給用戶帶來巨大損失。雷電災害已經成為我們“電子時代、自動控制時代”的一大公害(美國通用研究公司提供磁場脈沖超過0.07高斯,就可引起計算失效;磁場脈沖超過2.4高斯就可以引起集成電路永久性損壞)。現代系統防雷不僅涉及到單體建筑物的避雷針(網、帶)及接地,而且涉及到了每一臺具體的電子設備。
        根據IEC防雷標準,防雷接地系統是一個整體系統,總體可概括分為電源、控制、通信三個系統,從設計的角度,我們把自動控制系統防雷分為供電系統防護、控制系統的防護、通信網絡系統的防護。根據現場廠所處地區的氣象環境、地理環境、建筑物防雷等級、電子設備處于的防雷區等進行分析。因地制宜地采用相應的防雷措施,最終達到防止或減少雷擊所引發的人員傷亡和財產損失的目的
 
二、設計依據
        依據國際電工委員會IEC標準、德國VDE標準和中國GB標準與部委頒發的防雷設計規范的要求,包括電源供電系統、不間斷供電系統,網絡、通訊設備等裝置應有防護裝置保護。
此方案的主要技術依據為:
2.3.1《建筑物防雷設計規范》   GB 50057-2010
2.3.2《建筑物電子信息系統防雷技術規范》   GB 50343-2012
2.3.3《雷電的防護》    IEC 62635
2.3.4《雷電電磁脈沖的防護》   IEC 1312-1,2,3 
2.3.5《低壓供電系統中的過電壓保護器》   IEC 61643,1998
2.3.6《建筑物電子信息系統防雷技術規范》   GB 50343-2004
2.3.7《雷電電磁脈沖的防護》  IEC1312
2.3.8《過電壓保護器》  VDE-0675
2.3.9《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》 CECS 72-97
2.3.10《電磁兼容試驗和測量技術浪涌(沖擊)抗擾度試驗》 GB/T 17626.5-1999
 
三、浪涌保護技術方案
        廣東省建筑設計研究院門前辦公樓正處于流花湖邊,根據雷電破壞的特性,位置靠近水邊,會增加雷電侵入的概率,從而提高設備損壞的概率。且辦公樓內只對電源線做了防雷保護,沒有信號線防雷保護。據現場工作人員介紹,9月2號前的某次雷擊過后,共有十幾套攝像槍損壞,分布在室內和室外;辦公室內的分交換機損壞,對應主交換機的端口也同時發生損壞;道閘的刷卡機的主板損壞;電子門的主板損壞;打印機和電腦的主板損壞(關機但沒斷電)。
       接地分布情況:配電箱的接地連接電網地線并接入建筑地網,其他設備(如交換機,電腦等)均采用電源接地。
9月2日,應廣東省建筑設計研究院的邀請,OBO技術工程師對該院進行現場勘查,現將現場勘查情況及改進方法做如下報告。
3.1設備損壞可能原因:
原因1:一種可能是由于電源是明線布放,當建筑物附近發生雷擊時容易引起感應過電壓,這時電源防雷器動作后,使地電位會抬升,形成的暫態高電位和過電壓,由于信號線路沒有裝防雷器,也沒有單獨在多次接地,這樣很容易形成地電位和信號線零電位之間的高電位差,從而造成信號線端口或與信號線連接的電子設備大面積損壞。
 
原因2:另外一種可能就是建筑物遭受雷擊,這時如果設備不與避雷針系統共地,兩者之間就會出現很高的電壓并會發生放電擊穿,造成地電位反擊。反擊的發生能導致電子或電氣設備的嚴重損壞,但這種可能的機率比較小,因為電源部分基本沒有損壞。
     
 3.2設備的保護:
總述:(1)已安裝的電源防雷器、設備金屬外殼等做好等電位連接并良好接入地網;
            (2)攝像頭等設備前端安裝電源和信號防雷器,做好等電位連接。
3.2.1攝像頭的保護
        在攝像頭電源進線端加裝電源防雷器VF230,同軸視頻信號線路加裝視頻信號防雷器KoaxB-E2/MF-F。
        室內攝像頭接地:用16平方毫米的軟銅線纜作為匯流排貫穿建筑頂層至底部,在底部的附近草坪或空地上設置一個接地點(配8條接地棒,面積大約16平方米)。攝像頭的接地接在軟銅線纜上,軟銅連接接地點。若接地點附近有原建筑地網,則將接地點與原地網連接。共約3處這樣的配置。
        室外攝像頭接地:用10平方毫米的軟銅線纜作為匯流排,在攝像頭底部的附近草坪或空地上設置一個接地點(配5條接地棒,面積大約10平方米)。攝像頭的接地接在軟銅線纜上,軟銅連接接地點。若同一處附近有多臺攝像機,則可將接地匯接到一處接地點。若接地點附近有原建筑地網,則將接地點與原地網連接。共約18處這樣的配置。
 
 3.2.2主交換機的保護
        主交換機的接地采用電源接地。鑒于省院只希望對主交換機進行保護,所以只對主交換機與分交換機之間的通訊線進行防雷保護。
        主交換機接地:因交換機機房靠近室內樓梯攝像頭,固主交換機的接地是連接到16平方毫米的軟銅線纜上。
 
 
3.2.3道閘收費系統的保護
        道閘收費系統中的閘機、刷卡收費機電源均來自道路旁220V單相電箱,刷卡機和閘機的電源選用VF230防雷器,兩刷卡收費機之間選用FRD 5HF信號防雷器。(系統圖見下圖)
        接地:因道閘靠近保安室,所以其接地可與保安室頂上的攝像頭共用接地點。
 
 3.2.4計算機和打印機的保護
         在計算機和打印機的網絡信號線進入處加裝ND-CAT6A/EA萬兆網防雷器。
         接地:因計算機在保安室內,所以其接地可與保安室頂上的攝像頭共用接地點。
  
四、電涌保護器配置清單 
序號
設備名稱
型號及規格性能
安裝位置
生產商
單位
數量
單價(元)
總價(元)
1
Ⅲ級單相電源防雷器
VF 230
標稱電壓Un 230V,最大交流工作電壓Uc 255V,標稱負載電流Il 20A,最大放電電流(L、N-PE)(8/20us)Imax 7kA,電壓保護水平Up≤1KV
被保護設備前端
OBO
41
 
 
2
網絡信號電涌保護器
ND-CAT6A/EA
最大工作電壓Uc 58V(DC),
供電電流(POE):1A
標稱放電電流(8/20us)In:7kA,
傳輸頻率:10Gbit/s,
電壓保護水平Up:120V;
網絡通信線路
OBO
49
 
 
3
同軸信號線防雷器
KoaxB-E2/MF-F
最大工作電壓Uc 6.2V(DC),
標稱放電電流(8/20us)In:10kA,Iimp=1.5KA(10/350us),
傳輸頻率f200MHz,
Up≤12V
攝像頭前端
OBO
38
 
 
4
數據線防雷器
FRD 5HF
Un 5V, Uc 6V, Il 0.45A,傳輸頻率范圍f 0-100MHz,Iimp 6KA,Up≤18V
刷卡機數據線
OBO
2
 
 
5
線材+輔材
電源線、接地線、線耳、PVC管等
 
 
1
 
 
6
施工費
安裝、調試、接地
 
 
五、維護與保養
           每年雷雨季節前應對接地系統進行檢查和維護。主要檢查連接處是否緊固、接觸是否良好、接地引下線有無銹蝕、接地體附近地面有無異常,必要時應挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況,如果發現問題應及時處理。
        接地網的接地電阻應每年進行一次測量。
        每年雷雨季節前應對運行中的OBO防雷器利用OBO元件老化測試儀進行一次檢測,雷雨季節中要加強外觀巡視,發現防雷模塊顯示窗口出現紅色及時處理。
        設備遭受雷擊后應對損壞情況進行調查分析,調查分析內容主要包括:
        各種電氣絕緣部分有無擊穿閃絡的痕跡,有無燒焦氣味,設備元件損壞部位。
       OBO防雷器損壞情況,利用OBO元件老化測試儀,測試元件老化或損壞情況。
       安裝OBO峰值電流記錄卡,記錄測量數據,寄回OBO培訓中心,量度峰值電流數據加以記錄存檔。
       了解雷害事故地點附近的情況,分析附近地質、地形和周圍環境特點及當時的氣象情況。
       保留雷擊損壞部件,對現場進行拍照或錄像,做好各種記錄。
       根據上述調查情況,組織有關專家分析,寫出調查分析報告及改進措施。 
       如在使用中收到用戶,有關OBO防雷器出現的重大故障通知后12小時工作時間之內,有服務響應或派專人到現場處理。
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