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  智能楼宇弱电系统感应雷防护设计方案
一、雷电概述
雷电是一种极具破坏力的自然现象,其电压可高达数百万伏,瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来,雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km半径的范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象(自然)灾害,它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。
一般而言,雷电灾害具有突发性、多样性、复杂性、破坏性和选择性等特点。随着现代化高新技术产业基础——电子技术的迅速发展和广泛运用,雷电灾害跟踪而至,还呈现出新的特点:受灾面大大扩展,特别容易侵入与高新技术最密切的领域,损失和危害程度大大增加。近年来,随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛,雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。由于通讯计算机网络精密设备内部结构的高度集中化,使设备耐受过电压、过电流的能力下降,更易遭受雷电破坏。轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏,使通信中断,大量信息丢失或无法传输;严重者使网络主机损坏,导致网络瘫痪,工作无法进行。计算机网络系统易遭受雷击损坏的设备有:MODEM(调制解调器)、ROUTER(路由器)SWITCH(交换机)、HUB、网卡、通信卡、UPS、计算机电源及主板。
二、雷电防护基本原理
所谓雷击防护:就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地,是疏导,而不是堵雷或消雷。一个完整的防雷系统包括两个方面:直接雷击的防护和感应雷击的防护。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。一般我们将其分为外部避雷和内部避雷两部分。由避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统构成外部防雷系统,主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故;而内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏,这是外部防雷系统无法保证的,为了实现内部避雷,需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。
1)多级保护原则:即根据电气、微电子设备的不同功能、受保护的程序和所属保护区域确定防护要点作分类保护;根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道,对电源线和数据、通信线路都应做多级层保护。
2)外部无源保护:在0级保护区即外部作无源保护,主要依靠避雷针(网、线、带)和接地装置。保护原理:当雷云放电接近地面时,它使地面电场发生畸变。在避雷针(线)顶部,形成局部电场强度畸变,以影响雷电先导放电的发展方向,引导雷电向避雷针(线)放电,再通过接地引下线,接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。建筑物的所有外露金属构件(管道),都应与防雷网(带,线)良好连接。
 3)内部防护
A、电源部分防护:雷电侵害主要是通过线路侵入。对高压部分电力局有专用高压避雷装置,电力传输线把对地的电力限制到小于6000伏(IEC62.41),而线对线则无法控制。所以,对380v低压线路应进行过电压保护,按国家规范应分三部分:建议在高压变压器后端到建筑总配电盘前端的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器,作一级保护;在建筑总配电盘至各楼层分配电箱间的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器,作二级保护;在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装电涌保护器,作为三级保护。目的是用分流(限幅)技术即采用高吸收能量的分流设备(电涌保护器)将雷电过电压(脉冲)的能量分流泄入大地,达到保护目的。
B、信号部分保护:对于信息系统,应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确定,精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。其主要考虑的如:卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端,应对地加装电涌保护器,电缆中的空线对应接地,并做好屏蔽接地,其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、按口类型等,以确保系统正常的工作。
C、接地处理:在计算机机房的建设中,一定要求有一个良好的接地系统,因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地,从而保护设备和人身安全。如果机房接地系统做得不好,不但会引起设备故障,烧坏元器件,严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题,防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。一般整个建筑物的接地系统有:建筑物地网(与法拉第网相接)、电源地(要求地阻小于10欧)、逻辑地(也称信号地)、防雷地等,等到电位连接。为确保系统正常工作,应每年定期用精密地阻仪,检测地阻值。接地装置由接地极及一些附件、辅助材料组成。接地装置的选材和施工主要决定于土质结构,即土壤的地阻率ρ。不同层土质结构不同,因而地阻率ρ不同,为增加接地装置使用效率,可使用长效降阻剂。
三、现场情况概述
 
智能化住宅小区对于防雷方面来说,主要有以下几个方面:直击雷防护和感应雷防护,其中感应雷防护包括了强电系统与弱电(弱电系统又可以细分为监控系统、计算机网络系统、消防系统、有线电视、门禁系统这几项)这两部分。所有防雷必须在直击雷完善的前提下进行感应雷的防护,以确保智能化系统安全、有效的进行运作,确保整个小区的和谐发展。
 
 
 
四、防雷设计方案
引用标准
1、《建筑物防雷设计规范》                          GB50057—94
2、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》      GB50169—92
3、《电气装置安装工程施工及验收规范》              GBJ232—82
4、《电子计算机房设计规范》                        GB50174—94
5、《民用建筑电器设计规范》                        JGJ/T16—92
7、《电子设备雷击保护导则》                        GB7450—87
8、《雷电电磁脉冲的防护》(第一部):一般原则        IEC61312—1
9、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》              GB 50343-2004
设计方案
(一)建筑物直击雷防护(住宅小区已经有完善的直击雷防护措施,在本方案中不做考虑)
(二)各感应雷防护
★       监控系统雷电防护
设计依据
根据 GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;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:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保护器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。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:信号线用SPD;第5.5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。
A、前端设备的防雷
在带云台摄像枪前端电源线路、视频线路、云台控制线路上安装监控系统三合一防雷器,型号: HD-CCTV-PVC/A,作为前端摄像枪的电源、视频、控制信号线路雷电防护。产品特点:产品采用优质半导体元件,质量稳定;内含摄像枪电源、视频信号、云台控制信号三种避雷器,三合为一,安装方便;对电压响应快速,Ta≤1 ns;箱位准确,输出残压低,插入损耗小,设计合理,工艺考究,传输性能优越,能有效地保护视频设备和保证图象正常显示要求;有效抑制像枪传输线路上所感应的过电压脉冲,避免视频监控设备因过电压脉冲而损坏。数量:22套。
B、监控机房终端设备的防雷
在监控机房(保安室)220V电源进线处安装一套C级电源电涌保护箱,做为监控机房电源系统的雷电防护,型号:HD-D220C-XS40(箱式)。 产品特点:核心元件使用最新大容量浪涌吸收元件MOV,经过严格老化,质量稳定;最大通流容量(8/20μs):Imax=80KA/线;限制电压低:Up≤1.4KV;响应时间快速:tA≤25ns;加装过流过热脱抠装置,当保护器因过流过热击穿失效时,自动从电网脱离,确保系统安全运作;自带工作状态指示装置,失效指示为红色失效灯显示,便于日常维护;带自动雷击计数器、遥信端子及正常或故障检测功能;并联安装,无插入损耗。数量:1套。
在监控室设备电源前端安装防雷插座,型号:HD-D220CZ,作为监控室设备电源的三级雷电防护。产品特点:国家标准通用插孔设计;核心组件采用最新大容量浪涌吸收组件MOV,质量稳定;通流容量大,最大放电电流Imax=10KA;响应时间快速,Ta≤25ns;串联安装。数量10个(可根据实际使用数量进行调整)。
在监控机房摄像枪的视频信号进线上安装16口一体化视频信号防雷器,型号:HD-XH-16GVD/A,通流容量5KA,做为视频信号线路的保护。产品特点:16口一体化设计,便于安装,美观大方。采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于视频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量:1套。(监控机房有22路视频进线,1套16口一体化视频信号防雷器共16口,剩余6口使用单口视频信号防雷HD-XH-GVD/A进行防护)
所有进入控制室的云台控制线路安装控制线路防雷器,型号:HD-XC-YT/A,作为监控室云台控制线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于监控系统信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量1个。
★       红外对射系统雷电防护
设计依据
根据 GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;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:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保护器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
实施方法
在红外对射设备电源前端安装防雷插座,型号:HD-D220CZ,作为监控室设备电源的三级雷电防护。产品特点:国家标准通用插孔设计;核心组件采用最新大容量浪涌吸收组件MOV,质量稳定;通流容量大,最大放电电流Imax=10KA;响应时间快速,Ta≤25ns;串联安装。数量2个(可根据实际使用数量进行调整)。
在红外对射主机的信号输出线路上安装红外对射专用防雷器,型号:HD-XC-DATA/A,作为红外对射系统信号输出线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于红外对射系统信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量9个。
在红外对射主机的电源输出线路上安装红外对射专用防雷器,型号:HD-DC24,作为红外对射系统电源输出线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤36V ;响应时间快速,Ta≤1ns;用于红外对射系统电源传输线路的雷电防护;串联安装。数量1个。
在红外对射系统发射端的信号输入线路上安装红外对射专用防雷器,型号:HD-XC-DATA/A,作为红外对射系统信号输出线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于红外对射系统信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量9个。
在红外对射系统发射(接收)端电源输出线路上安装红外对射专用防雷器,型号:HD-DC24,作为红外对射系统电源输出线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤36V ;响应时间快速,Ta≤1ns;用于红外对射系统电源传输线路的雷电防护;串联安装。数量10个。(发射端及接收端处于同一位置,可共用同一低压电源防雷器)
★       门禁对讲系统雷电防护
设计依据
根据 GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;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:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保护器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值
实施方法
在管理中心至每单元视频级联线路(水平线路)上安装视频防雷器,型号:HD-XH-GVD/A,作为级联视频线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于视频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量:136个。
在管理中心至每单元的音频线路(水平线路)上安装数据信号防雷器,型号:HD-XC-AU,作为级联音频线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于门禁系统音频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量136个。
在管理中心至每单元的RS485(水平线路)上安装485专线防雷器,型号:HD-XC-YT/A,作为级联RS485控制线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于门禁系统RS485信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量136个。
在每单元的门禁系统主机的220V电源进线出安装安装D级电源电涌保护器,型号:HD-D220M20/A,作为门禁主机电源线路的雷电防护。产品特点:采用优质大容量吸收元件MOV,广泛用于单相电源系统的精细级雷电防护;内置熔断保护装置;响应时间短:tA≤25ns;标称雷电通流容量(10KA);输出残压低Up≤1.4KV;并联安装。数量:136个。
在每单元门禁主机视频出线处(垂直线路)上安装视频防雷器,型号:HD-XH-GVD/A,作为门禁主机垂直视频线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于视频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量:136个。
在每单元门禁主机18V低压电源出线处(垂直线路)上安装低压电源防雷器,型号:HD-DC,作为级联视频线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于视频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量:136个。
在每单元门禁主机的音频线路出线处(垂直线路)安装数据信号防雷器,型号:HD-XC-AU,作为门禁主机音频线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于门禁系统音频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量136个。
在每单元门禁主机的RS485出线处(垂直线路)上安装485专线防雷器,型号:HD-XC-YT/A,作为门禁主机RS485控制线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于门禁系统RS485信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量136个。
★       背景音乐系统雷电防护
设计依据
根据 GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;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:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保护器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值
实施方法
在背景音乐设备电源前端安装防雷插座,型号:HD-D220CZ,作为监控室设备电源的三级雷电防护。产品特点:国家标准通用插孔设计;核心组件采用最新大容量浪涌吸收组件MOV,质量稳定;通流容量大,最大放电电流Imax=10KA;响应时间快速,Ta≤25ns;串联安装。数量3个(可根据实际使用数量进行调整)。
在背景音乐设备的每一路音频输出线路上安装音频线路专用防雷器,型号:HD-XC-AU,作为背景音乐音频输出线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤270V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于音频信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量30个。
★       停车场系统雷电防护
设计依据
根据 GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;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:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保护器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值
实施方法
在停车场系统主机的220V电源进线出安装安装D级电源电涌保护器,型号:HD-D220M20/A,作为门禁主机电源线路的雷电防护。产品特点:采用优质大容量吸收元件MOV,广泛用于单相电源系统的精细级雷电防护;内置熔断保护装置;响应时间短:tA≤25ns;标称雷电通流容量(10KA);输出残压低Up≤1.4KV;并联安装。数量:4个。
在停车场管理系统的道闸地感线圈线路上安装485专线防雷器,型号:HD-XC-DATA/A,作为地感线圈至道闸主机信号线路的雷电防护。产品特点:采用优质半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低,Up≤18V ;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于门禁系统RS485信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量8个。
在停车场各管理各电脑管理主机的网络信号传输线路上安装计算机网络信号防雷器,型号:HD-XNET-RJ45/4,作为停车场管理系统的计算机网络信号传输线路的雷电防护。产品特点:采用进口半导体箝位器件,质量稳定,箝位准确;输出残压低;插入损耗小,Ae≤0.3dB;响应时间快速,Ta≤1ns;用于计算机网络信号传输线路的雷电防护;串联安装。数量5个。
★       接地处理及线路屏蔽措施
所有防雷接地利用单元住宅预留防雷接地点进行,如果防雷器距离预留防雷接地点过远,则需要进行开凿建筑物本身基础进行防雷接地。
1、埋地线路的金属线管、PE线、信息线路金属外皮应在入户端良好接地。如入户前架空或无屏蔽者,宜在进户端前20米套装金属线管屏蔽,并把屏蔽层与防雷地可靠连通。
2、监控室内,应将金属电脑桌、电脑设备、控制设备金属外壳与防雷接地装置可靠连接。
3、室外摄像枪到解码器之间的外露信号线,应套不锈钢或铜金属管,并将摄像枪金属屏蔽外壳及解码器金属屏蔽外壳与引下线的柱杆可靠连接。
4、屏蔽是减少电磁干扰的基本措施,宜采取以下措施:外部屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽,这些措施宜联合使用。
5、为改善电磁环境,所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起,并与接地装置相连。屋顶为金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架,都必须进行等电位接地。
6、在需要保护的空间,当采用屏蔽电缆时其屏蔽层至少在两端并宜在雷电防护区交界处做等电位连接。当微电子设备系统要求只在一端做等电位连接时,可将屏蔽电缆穿金属管引入,金属管在一端做等电位连接。
 
五、系统防雷示意图(略)
红外对射系统防雷示意图
计算机网络系统防雷示意图
监控系统防雷示意图
可视对讲系统防雷示意图
 
六、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、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、 接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。
4、 每年雷雨季节前应对运行中的避雷器进行一次检测,雷雨季节中要加强外观巡视,如检测发现异常应及时处理。

 
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