電視監(jiān)控系統(tǒng)的防雷設計

雷電，全球十大自然災害之一。目前，越來越嚴重地危害人類的生活、工作以及生命安全。隨著微電子設備被廣泛應用，電源容量大幅增加，建筑物電磁場發(fā)生變化，而微電子產(chǎn)品普遍絕緣強度較低，過電壓耐變力也較差，容易遭受雷電的侵襲。電子設備受到雷擊，所造成的損失將是無法估算的，從某種意義上講，科技越是發(fā)達，雷擊對人們的威脅就越大。

雷電，全球十大自然災害之一。目前，越來越嚴重地危害人類的生活、工作以及生命安全。隨著微電子設備被廣泛應用，電源容量大幅增加，建筑物電磁場發(fā)生變化，而微電子產(chǎn)品普遍絕緣強度較低，過電壓耐變力也較差，容易遭受雷電的侵襲。電子設備受到雷擊，所造成的損失將是無法估算的，從某種意義上講，科技越是發(fā)達，雷擊對人們的威脅就越大。電視監(jiān)控中心的防雷設計應根據(jù)系統(tǒng)工程的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性及后果的嚴重性，因地制宜地采取防雷措施，做到安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理、施工維護方便。

電視監(jiān)控中心的防雷是一個綜合性系統(tǒng)工程，必須考慮周全，將外部防雷措施、內(nèi)部防雷措施（接閃功能、分流影響、均衡電位、屏蔽作用、合理布線、加裝過電壓保護器等多種重要因素）作為一個整體統(tǒng)一的項目進行全面設計。

對雷電綜合防治的原則是：“綜合治理、整體防御、多重保護、層層設防”?！斑\用消散、疏導、隔離、均壓”的方法，根據(jù)特定保護空間的實際情況，由相應的防雷器件構成工程網(wǎng)絡保證防雷安全，達到防雷電災害的效果。

電視監(jiān)控中心的防雷工程一般包括三個方面的內(nèi)容：一、防直擊雷；二、防線路的感應雷；三、接地系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)是缺一不可的，系統(tǒng)的設計必須符合國家和行業(yè)的相關《標準》、《規(guī)范》，并符合設計的技術參數(shù)和指標。一、雷電侵襲的途徑及危害1、直擊雷

直擊雷是直接打擊到物體上的雷電，接近地面的雷云在凸出物上感應出異性電荷，當雷云同地面凸出物之間的電場強度達到空氣擊穿強度時，就會發(fā)生擊穿放電，這種雷云對地面凸出物直接擊穿放電稱為直擊雷。高的建筑物其側(cè)面也可能遭受直擊雷就稱為側(cè)擊雷,設計時必須考慮在建筑物伸縮縫、沉降縫和抗震縫等處做防雷跨越導線。

2、感應雷

通過雷擊電視監(jiān)控中心設備旁邊的金屬物等導電體感應，間接打擊到物體上。雷電感應分為靜電感應和電磁感應兩種。靜電感應的形成是由于雷云接近地面時，在地面凸出物頂部感應出大量異性電荷。當雷云與其它雷云或其它物體放電后，凸出物頂部積聚的電荷頓時失去束縛，呈現(xiàn)出高電壓，以雷電波的形式高速傳播。電磁感應的形成是由于直擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場，在附近金屬上感應出高電壓。

感應雷沒有直擊雷那么猛烈，但它發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。因為直擊雷只發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成災害，而感應雷則不論雷云對地閃擊，或者雷云對雷云之間的閃擊都可能發(fā)生并造成災害。

一次雷閃擊可以在比較大的范圍內(nèi)和多個小局部同時發(fā)生感應雷過電壓現(xiàn)象，并且這種感應高電壓，可以通過視頻線、電力線、電話線等金屬導線傳輸?shù)胶苓h，致使雷害范圍擴大,防雷電感應的接地裝置，接地電阻小于等于10Ω。

3、雷電侵入波

由于雷擊而在架空線路或在空中金屬管道上產(chǎn)生的沖擊電壓沿線路或管道的兩個方向迅速傳播的雷電波，侵入室內(nèi)，稱為雷電侵入波或高電位侵入。雷電侵入時對計算機網(wǎng)絡、通信設備、電源等危害最大。

4、雷電的破壞作用

雷電以其巨大的破壞力給人類社會帶來了慘重的災難，對國民經(jīng)濟和人類生命安全造成的危害日趨嚴重。雷電流具有電流所具有的一切效應，不同的是它在短時間內(nèi)以脈沖的形式通過強大的電流，尤其是直擊雷，它的峰值有幾十千安乃至幾百千安，它的峰值時間通常負閃擊只有幾μs到十幾μs，正閃擊較長些，正是這種特殊情況，使得雷電流具有一種特殊的破壞作用。

5、雷電流熱效應的破壞作用

由于雷電流很大,通過的時間又短,被雷擊的電子設備瞬間將產(chǎn)生大量熱，又來不及散發(fā)，導致電子設備內(nèi)部的水份大量變成蒸汽,并迅速膨脹,產(chǎn)生巨大的爆炸力,從而造成破壞；當雷電流通過金屬體時，金屬體截面積不夠大時，甚至可使其熔化，遇到易燃物質(zhì)，可能引起火災（其通過溫度可高達6000--10000℃,甚至更高）。

6、雷電沖擊波的破壞作用

雷電通道溫度高達幾千℃至幾萬℃，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴散，其外圍附近冷空氣被強烈壓縮，形成“激波”，它到達的地方，空氣的密度、壓力、溫度都會突然增加。到達之處，該區(qū)壓力下降，直到低于大氣壓力，這種“激波”在空氣中傳播，導致附近的人、畜、建筑物受到破壞或傷亡。這種沖擊波的破壞作用與炸彈爆炸時附近的物體、人、畜受到損害是一樣的。同時與沖擊波相似的另一種形式是次聲波，體積龐大的雷雨云，因迅速放電而突然收縮，當電應力（典型值為100V/cm）突然解除時，在一部分帶電雷雨云中的流體壓力將減小到0.3mm汞柱的程度，這樣形成稀疏區(qū)和壓縮區(qū)，它以零點幾Hz到幾十Hz的頻率向外傳播，這就形成“次聲波”，次聲波對人、畜的傷害很大。

7、雷電流動力效應的破壞作用

在載流體周圍空間存在著磁場，磁場里的載流導體受到電磁力的作用，兩根載流導體相互間就有作用力存在，這種作用力叫電動力。這兩根導線受到的力有迫使它們靠攏的趨勢，因此雷擊的時候，由于電動力的作用，也有可能使導線折斷。同樣，在同一根導體或金屬構件的彎曲部分有電流通過時，也可使彎曲部位受到電動力，當電動力足夠大的時候也會使構件受到破壞。

8、雷電的靜電感應和電磁感應的破壞作用

（1）靜電感應

當空間有帶電的雷云出現(xiàn)時，雷云下的地面及建筑物等在靜電感應的作用下帶上相反的電荷。由于從雷云的出現(xiàn)到發(fā)生雷擊（主放電）所需要的時間相對于雷擊（主放電）過程的時間要長的多，因此大地有充分的時間積累大量的電荷。然而當雷擊發(fā)生后，雷云上所帶的電荷，通過閃擊與地面的異種電荷迅速中和，而某些局部，例如：架空線上的感應電荷，由于大地間的電阻比較大，而不能在同樣短的時間內(nèi)相應消失，這樣就會形成局部感應高電壓，這種電壓從雷擊開始隨時間的推移而下降，它符合RC電路放電的規(guī)律。這種局部地區(qū)感應的高電壓在高壓架空線路上可達300-400kV、一般低壓架空線路可達100kV、電信線路可達40-60kV、建筑物也可以產(chǎn)生相當高的危險電壓，這種由靜電感應產(chǎn)生的過電壓對接地不良的電氣系統(tǒng)有破壞作用。

（2）電磁感應

由于雷電流有極大的峰值和陡度，在它周圍的空間形成迅速變化的強電磁場，處在這個電磁場中的導體會感應出較大的電動勢。如果在雷電流引下線附近放置一個開口的金屬環(huán)，環(huán)上的感應電勢足以使氣隙（開口處）產(chǎn)生放電、形成電火花。這些火花可以引起易燃物品著火和易燃氣體爆炸。如果回路中有導體接觸不良，也會使回路過熱，引起易燃物品燃燒，釀成火災。

9、雷電反擊和引入高電位

(1)雷電流幅值。指主放電時沖擊電流的最大值，雷電流幅值可高達數(shù)十至數(shù)百千安。雷電流幅值越大者出現(xiàn)的概率越小。在年平均雷暴日為20d／a以上的地區(qū)，雷電流幅值按下式計算：ILP=-108lgP式中，ILP的單位為kA；P為概率。100kA的雷電流幅值對應的概率約為12％。進行防雷設計時可按100kA考慮。

(2)雷電流陡度。指雷電流隨時間上升的速度。雷電流波波頭陡度可達50kA/μs，平均陡度約為30kA/μs。雷電流波波頭時間僅數(shù)微秒，設計時一般按2.6μs考慮。

(3)雷電沖擊過電壓。雷電沖擊過電壓指沖擊電壓的最大值，直擊雷沖擊過電壓按下式計算：式中Ud——直擊雷沖擊過電壓kV；

i——雷電流kA；

Rim——防雷接地裝置的沖擊接地電阻Ω；

L——雷電流通路的電感，如通路長度以m為單位，則L=1.3lμH。

雷擊點距電力線路50m以外時，感應雷沖擊過電壓可按下式計算：式中Uin——感應雷沖擊過電壓kV；

Im——雷電流幅值kA；

h——電力線路導線平均高m；

S——線路距雷擊點水平距離m。

(4)雷電沖擊波。指直擊雷或感應雷在架空線路或在空中金屬管道上產(chǎn)生沿線路或管道的兩個方向迅速傳播的高壓沖擊波，雷電沖擊波的傳播速度在架空線路中約為300m/μs，在電纜中約為150m/μs。各雷電沖擊波的波形相差很大，做耐壓試驗時，試驗標準波的波頭為1.5±0.2μs、波長為40±4μs、峰值電壓為400～4800kV。

雷電反擊通常指接受直擊雷的金屬體在接閃瞬間存在的高電壓對與大地連接的其它金屬物品發(fā)生閃擊的現(xiàn)象稱為反擊。當雷擊到樹上時，樹上的高電壓與它附近的房屋、金屬物品之間會發(fā)生反擊。

由上述可知，全部電壓由兩部分組成，一部分是雷電流瞬時值的電阻壓降，另一部分是雷電流在電感上的壓降，電感壓降與雷電流的陡度有關。雷電流和雷流波形的陡度是不同的，它們作用于空氣間隙的擊穿強度也不同。對電阻壓降，空氣擊穿強度約為500-600kV/m，而電感壓降空氣擊穿強度約為前者的兩倍，約1000-1200kV/m。沿木材、磚石等非金屬材料的沿面閃絡強度為上述兩種電降強度的1/2即分別為250kV/m和500kV/m。

為了防止反擊的發(fā)生，一般應使防雷裝置與建筑物金屬體間隔一定距離。受條件限制而無法達到所規(guī)定的間隔距離時，應把避雷引線與金屬體用金屬導線連接起來，使它們成為等電位而避免發(fā)生閃擊。對房屋周圍的高大樹木都應留有足夠的距離，以免樹木與房屋之間發(fā)生雷電反擊。

雷電引下高電位發(fā)生閃擊造成雷電事故，這種事故發(fā)生率很高，往往事故嚴重，產(chǎn)生很大的破壞力。高電位輸入造成的雷擊事故，占雷擊事故的大多數(shù)。所以，電視監(jiān)控中心凡是有用電裝置的地方，都必須對高電位輸入加以防備，電子避雷器、屏蔽、等電位、地網(wǎng)等都必須采用措施。

10、人身的雷電災害

無論是云間的閃電還是云對地的閃電大都要與人發(fā)生關系，這種關系有時極為殘酷，那就是雷災。在國內(nèi)每年因雷害傷亡人數(shù)大約在1萬人左右，而大量牲畜的意外傷亡中，雷害造成約占80%左右,統(tǒng)計資料表明,死亡者與受傷者的比為1∶2。如果受害人是直接被擊中，他必然或至少在開始時，身體通過了全部雷電流，這種形式稱為“直接雷擊”。如果有人或牲畜在直接雷擊中的物體近旁，就有可能發(fā)生下列三種形式的雷擊。

（1）接觸電壓

由于閃電電流經(jīng)建筑物的避雷針引下線、各種金屬管道、電線桿或大樹入地時雷電流峰值很高，常達幾千千安，所以這些被直接雷擊中的導體上便產(chǎn)生高達幾萬伏甚至幾十萬伏的電壓。這時，如果正好有人或牲畜接觸它們，就會發(fā)生觸電事故，這一對地電位差則是“接觸電壓”。

（2）旁側(cè)閃擊或側(cè)閃

當人或牲畜站在距雷擊中的物體很近時，閃電穿越空氣間隙對人體或牲畜放電，這種放電則是旁側(cè)閃擊。如：人躲在一棵大樹下避雨，當這棵樹被雷擊時，從地面到人頭頂這段高度的樹桿的電阻約為幾千歐姆，雷電在這段樹上產(chǎn)生電壓降瞬間可達幾萬伏以上，而這時人的身體與地等電位，人頭頂與等高度的樹之間的電位差超過空氣的擊穿強度時，通過這段空氣間隙向人體放電，人也就被雷擊中。

(3)跨步電壓

雷電擊中地面的物體時，雷電流泄入大地并在土壤中散流開，由于土壤電阻率有一定分布，地面上各點就出現(xiàn)了電位降，越靠近雷擊點，電流密度越大，電位降也就越大。如果有人正站立或行走在落雷點附近，在兩腳間的這一電位降可使雷電流通過兩腿和軀干的下部，人就會被雷電擊傷。這種電位降叫“跨步電壓”。二、電視監(jiān)控中心電子設備防雷的主要措施防雷措施一般分為主動和被動兩種，主動措施是將雷電引入大地，把線路的過電壓或電流在進入建筑物前給與堵截。被動的措施則為提高絕緣水平和加裝自動重合閘裝置。

1、覆蓋和引流

采用避雷裝置將所保護的電氣設備和線路覆蓋在其保護范圍內(nèi)，并用引下線和接地設施將雷電流引入大地，以免在其保護范圍之內(nèi)的物體遭受雷擊。

2、堵截

在所保護設備的前面、后面或前后兩側(cè)安裝避雷器，將雷電流峰值的陡度降到保證不超過線路的絕緣水平，使所保護的設備免受雷害。

電視監(jiān)控中心對電子弱電設備的防雷，大致采用以下幾個措施：

（1）接閃器接閃器包括避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)以及有關避雷產(chǎn)品，安裝接閃器是防范直擊雷的有效措施。它們將雷電經(jīng)引下線和接地裝置導入地下，從而保護在其覆蓋范圍內(nèi)的電氣和電子設備、線路和建筑物免遭雷擊。獨立避雷針的保護范圍是用滾球法來確定的，滾球半徑根據(jù)建筑物的不同而定。一類建筑物為30m；二類建筑物為45m；三類建筑物為60m。避雷針引下線根據(jù)建筑物不同接地電阻也不同，一類二類建筑物均為小于等于10Ω；三類建筑物為小于等于30Ω。

（2）接地網(wǎng)在任何情況下，避雷器的接地線都應連接到建筑物的接地系統(tǒng)上。按照國家規(guī)定，工作接地、保護地、屏蔽接地和防雷接地應共同合成一組接地體的聯(lián)合接地方式。接地網(wǎng)應符合均壓等電位的要求，機房設備的工作接地電阻應小于1Ω。

（3）電源防雷電源防雷應采取三級防雷系統(tǒng)。防雷產(chǎn)品能在25ns時間內(nèi)動作，使電源線路上的過電壓得到有效抑制并使各線路間的電位差保持不變，同時對地泄放雷電流，雷電沖擊過后能自動恢復正常狀態(tài)。電源線應做好二級以上保護，重要的中心機房應采用三級防護，保證逐級對地泄放雷電流能量。

（4）信號防雷信號防雷涉及計算機網(wǎng)絡、雙絞線、X25、DDN、PSTN專用線、視頻線（包括同軸電纜）的線路和設備防雷保護。當信號線受雷擊感應過電壓超過一定值時，信號避雷器將限制電壓的變化，并將雷電過電壓能量及其它干擾信號釋放入地。

（5）天饋線防雷對于監(jiān)控電視、有線傳輸饋線等應安裝天饋線避雷器。

（6）電話防雷對于電話程控交換機、電話線路、傳真機等設備應加裝電話避雷器。當差模電壓和檢模電壓侵入時，避雷電路能在25ns內(nèi)使各線路電位差保持不變并釋放過電壓能量入地。三、防雷的系統(tǒng)分析1、防雷等級、防雷區(qū)

雷電防護分級

根據(jù)建筑物電子信息系統(tǒng)所處環(huán)境（氣象環(huán)境、地質(zhì)地理環(huán)境，結構特點和電子信息系統(tǒng)設備的重要性及其抗擾能力）和建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性，確定雷電防護等級，按防雷裝置攔截效率劃分為A、B、C、D四級。

對于一類防雷建筑物，防護以3-4級為宜；對于二類防雷建筑物，防護以2-3級為宜；對于三類防雷建筑物，防護以1-2級為宜。

雷電保護區(qū)

根據(jù)各部分空間不同的雷電電磁脈沖的嚴重程度和各區(qū)交界處的等電位連接點的位置，將需保護的空間劃分為不同的OA、OB、1、2防雷區(qū)。各防雷區(qū)的特征是：

LPZOA區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊，因此各物體都可能導走全部雷電流。本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。

LPZOB區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。

LPZO1區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導體的電流，比LPZOB區(qū)進一步減小，本區(qū)內(nèi)的電磁場也可能衰減，這取決于屏蔽措施。

LPZO2區(qū)（后續(xù)防雷區(qū)）：在電纜從一個防雷區(qū)通到另一個防雷區(qū)處，必須在每一交界處進行等電位連接。LPZO2是在這種方式下構成的，使雷電流不能導入此空間，也不能從此空間穿過。

2、預計雷擊次數(shù)的計算

（1）建筑物年預計雷擊次數(shù)應按以下計算：

N=kNgAe

式中N為建筑物預計算雷擊次數(shù)（次/a）a為年；

k為校正系數(shù)，在一般情況下取1，在下列情況下取相應數(shù)值：位于曠野孤立的建筑物取2；金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7；位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5；

Ng建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/km2·a）；

Ae與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）。

（2）雷擊大地的平均密度按下式確定

Ng＝0.024Td1.3

式中Td為年平均雷暴日，當?shù)貧庀筚Y料確定施工地點為（d／a）。

（3）建筑物等效面積Ae應為實際平均面積向外擴大后的面積當建筑物高H等于或大于100米時，其每邊的擴大寬度和等效面積應按下列公式計算確定：

Ae＝[LW＋2H（L＋W）＋πH2]·10-6

式中:L、W、H為建筑物長、寬、高（m）。

3、防直擊雷的措施

（1）電涌保護器SPD的分類

a、開關型SPD，又稱雷電流避雷器，這種SPD在沒有電涌時為高阻抗，但一旦響應電壓電涌時其阻抗就突變?yōu)榈椭?，用作這種非線性裝置的常見例子有放電間隙，氣體放電管，閘流晶體管（可控硅）及三端雙向可控硅開關。這類SPD有時稱為克羅巴型SPD。

b、限壓型SPD，這種SPD在沒有電涌時為高阻抗，但隨著電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，用作這類非線性組件的例子是壓敏電阻和抑制二極管，這類SPD有時稱為箝壓型SPD。

c、聯(lián)合型SPD，這種SPD由電壓開關型部件和限壓型部件聯(lián)合組裝在一起，根據(jù)二者的聯(lián)合參數(shù)和應用電壓特性可組合裝成具有電壓開關、限壓或這兩種特性兼有的聯(lián)合型SPD。

（2）SPD的主要性能、指標

a、最大持續(xù)運行電壓Uc：

可以持續(xù)施加于電涌保護器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等于電涌保護器的額定電壓。

b、沖擊電流Iimp：

用于電源的第一級保護SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力（采用10/350μs波形）。包括幅值電流Ipeak和電荷Q，其值可根據(jù)建筑物防雷等級和進入建筑物的各種設施（導電物、電力線、通訊線等）進行分流計算。

c、標稱放電電流In：

流過SPD的8/20μs電流波的峰值電流，用于對SPD做Ⅱ級分類實驗或做Ⅰ級分類實驗的預處理。對于Ⅰ級分類實驗In不小于15kA，對于Ⅱ級分類實驗In不小于5kA。

d、保護電壓水平Up:

在標稱放電電流In下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對于電源保護器而言，可分為一、二、三、四級保護，保護級別決定其安裝位置，在信息系統(tǒng)中保護級別需與被保護系統(tǒng)和設備的耐壓能力相匹配。

（3）電涌保護器SPD的主要性能、指標的確定

a、最大持續(xù)運行電壓Uc的選擇：

選擇220/380V三相系統(tǒng)中的電涌保護器時，國標GB50057第6.4.5來源于IEC61643-5-534.2.3.1條，其基本觀點是SPD的最大持續(xù)電壓Uc必須不少于SPD端點間的最大實際持續(xù)電壓。關于1.15或1.55這些系數(shù)，各國有自己的理解和要求，例如美國采用的是1.15，一些歐洲國家采用的是1.5。

國標對于TN系統(tǒng)中裝設SPD的最大持續(xù)運行電壓要求很容易理解：最大持續(xù)運行電壓Uc》=1.15Uo，其中Uo是（負荷側(cè)）額定相電壓220V，為保證負荷側(cè)供電電壓，電源側(cè)額定相電壓為（或接近）230V，如果SPD安裝位置靠近電源時（變壓器低壓側(cè)），或其他原因造成電壓波動上升，加在SPD兩端的電壓將超過220V，因此要考慮供電的電壓偏差取10%，另外再考慮SPD中壓敏電阻隨時間老化，造成耐壓值下降而留出余度5%（其實放電間隙不存在此問題，規(guī)范中應該把開關型SPD單列出來），所以這個系數(shù)1.15是這樣來的1.15Uo=（1+10%+5%）Uo。

國標中對于IT系統(tǒng)中裝設SPD的最大持續(xù)運行電壓要求是基于以下考慮：最大持續(xù)運行電壓Uc》=1.15U，其中U是（負荷側(cè)）額定線電壓380V。由于IT系統(tǒng)允許在發(fā)生單相接地故障時，繼續(xù)帶故障運行，此時各相間線電壓保持不變?yōu)?80V，兩個非故障相對地電壓（相電壓）升至380V，也就是說此時加在SPD兩端的電壓為380V，這就是這個U（380V）來歷。至于系數(shù)1.15跟上面所說的TN系統(tǒng)一樣。

對于TT系統(tǒng)，國標中出現(xiàn)了兩種安裝方式。第一種情況（如GB50057第6.4.5條圖6.4.5-1所示）：SPD安裝于RCD之后時，采用4極SPD安裝于3根相線1根N線與PE線之間；第二種情況（如GB50057第6.4.5條圖6.4.5-3所示）：SPD安裝于RCD之前時，采用3極SPD對N線差模保護方式，同時N線與PE線之間設置一極SPD，相當于相線對PE線之間串聯(lián)兩級SPD。我認為出于以下考慮：TT系統(tǒng)的保護接地與電源側(cè)的工作接地完全獨立分開，因此當電源側(cè)工作接地電位上升時（例如高壓側(cè)發(fā)生接地故障），各相線、N線電位同時提高（相間、相零間保持不變），而負荷側(cè)保護接地未受影響保持不變，此時加在SPD兩端（相線、N線對地）的電壓將超過220V，上升電壓具體數(shù)值由高壓側(cè)短路容量、電源側(cè)的工作接地電阻值決定。因此，對于第一種情況，為提高最大持續(xù)運行電壓，將系數(shù)提高到1.55（這個數(shù)據(jù)是從IEC搬過來的）。而在第二種情況下，雖然系數(shù)是1.15，但實際上各相線對地之間已經(jīng)串聯(lián)兩級SPD（而N線上正常所帶電壓很低），相當于提高了最大持續(xù)運行電壓。至于第一種情況和第二種情況SPD接線方式不一樣，我認為是由于RCD工作原理造成的：為保證各相線、N線泄漏（或泄放）電流相等，在RCD之后安裝SPD，其安裝方式須保證各相對地阻抗相同，否則會引起RCD誤動作。

b、SPD的電壓保護水平Up的選擇：

最大電涌電壓，即SPD的最大箝壓Up加上其兩端引線的感應電壓UL應與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓相一致，即：Up+UL≤設備耐沖擊過電壓水平。電涌保護器必需能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。在建筑物進線處和其它防雷保護區(qū)界面處的最大電涌電壓，即電涌保護器的最大鉗壓加上其兩端引線的感應電壓應與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協(xié)調(diào)一致。為使最大電涌電壓足夠低，其兩端的引線應做到最短。

若用一套電涌保護器SPD達不到所要求的保護電壓水平時，應采用附加的配合協(xié)調(diào)的電涌保護器SPD，以確保達到要求的保護水平。

c、SPD的雷擊沖擊電流Iimp及標稱放電電流In的確定：

（a）在已具備防雷裝置的情況下使用SPD防止直接雷擊或在建筑物臨近處被雷擊引起的瞬態(tài)過電壓時，應根據(jù)雷電防護區(qū)分區(qū)的原則選用I級試驗、Ⅱ級試驗、Ⅲ級試驗的SPD。

確定SPD的雷擊沖擊電流Iimp一般應進行分流計算。當電流值計算無法確定時，其雷擊沖擊電流不應小于相關指標。

（b）在電視監(jiān)控中心電氣裝置中使用SPD限制從電源系統(tǒng)傳來的大氣瞬態(tài)過電壓（由間接的，遠處的雷擊引起的）和操作過電壓時，可選用Ⅱ級分類試驗的SPD及必要時加裝Ⅲ級分類試驗的SPD。

d、SPD在低壓電源系統(tǒng)中的安裝及接線

（a）裝置的電源進線端或在其附近裝設SPD時，應在下面所列的各點之間裝設：

當在電源進線端，中性線與PE（保護線）直接相連或沒有中性線時，接在每一線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。

（b）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）不直接相連時：

接線形式1：接在每一相線與總接地端子或總保護線之間，和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。

接線形式2：接在每一相線與中性線之間和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。

e、低壓電源系統(tǒng)中SPD的選擇及安裝位置

（a）信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖的防護應按其所處的建筑物條件、信息設備的重要程度、發(fā)生雷擊事故嚴重程度等進行雷擊風險評估，將信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖的防護分為A、B、C、D四級，分別采用相應防護措施：

A級：宜在低壓系統(tǒng)中采取3-4級SPD進行保護。

B級：宜在低壓系統(tǒng)中采取2-3級SPD進行保護。

C級：宜在低壓系統(tǒng)中采取2級SPD進行保護。

D級：宜在低壓系統(tǒng)中采取1級或以上SPD進行保護。

[說明]風險評估計算方法參見IEC61662：雷擊損害風險的評估。

（b）SPD在電源系統(tǒng)中的安裝位置如下：

（b1）在區(qū)交界面處連續(xù)穿越的電源線路上應安裝符合I級分類試驗的SPD，如總電源進線配電柜內(nèi)、配電變壓器的低壓側(cè)主配電柜內(nèi)、引出至本建筑物防直擊雷裝置保護范圍以外的電源線路的配電箱內(nèi)。

（b2）在區(qū)交界面處穿越的電源線路上應安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD，如引出至本建筑物防直擊雷裝置的保護范圍之內(nèi)的屋頂風機、屋頂廣告照明的電源配電箱內(nèi)。

（b3）當電源進線處安裝的電涌保護器的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓保護不了該配電箱供電的設備時，應在該級配電箱安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD，其位置一般設在區(qū)交界面處。如：保安監(jiān)控中心、樓層配電箱、計算機中心、電信機房、電梯控制室、有線電視機房、樓宇自控室、消防中心、工業(yè)自控室、變頻設備控制室、醫(yī)院手術室、監(jiān)護室及裝有電子醫(yī)療設備的場所的配電箱內(nèi)。

（b4）對于需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的設備（尤其是信息系統(tǒng)設備），應考慮在該設備前安裝符合Ⅲ級分類試驗的SPD。如：計算機設備、信息設備、電子設備及控制設備前或最近的插座箱內(nèi)。

f、電涌保護器安裝的注意事項：

（a）第一級保護的SPD應靠近建筑物的入戶線的總等電位連接端子處，第二、三級保護的SPD應盡量靠近被保護設備安裝。

（b）電涌保護器接至等電位連接的導線要盡可能短而直。

（c）為滿足信息系統(tǒng)設備耐受能量要求，SPD的安裝可進行多級配合，在進行多級配合時應考慮SPD之間的能量配合，當有續(xù)流時應在線路中串接退耦裝置。有條件時，宜采用同一廠家的同類產(chǎn)品，并要求廠家提供其各級產(chǎn)品之間的安裝距離要求。在無法獲得準確數(shù)據(jù)時，電壓開關型與限壓型SPD之間的線路長度小于10米時和限壓型SPD之間線路長度小于5米時宜串接退耦裝置。

（d）在同一電源系統(tǒng)中，當安裝在電源裝置的起點處的SPD的保護電壓水平Up≤末端被保護設備的耐壓水平的50%時，可僅安裝一級電涌保護器。

（e）必須考慮退化或壽命終止后可能產(chǎn)生的過

電流或接地故障對信息系統(tǒng)設備運行的影響，因此在SPD的電源側(cè)應安裝過電流保護裝置（如熔斷器或空氣斷路器），過電流保護器（設置于內(nèi)部或外部）與SPD一起承擔等于和大于安裝處的預期最大短路電流，選擇時，應考慮SPD制造廠商規(guī)定的其產(chǎn)品應具備的最大過電流保護器。此外,制造廠商所規(guī)定的SPD的額定阻斷蓄流值不應小于安裝處的預期短路電流。在TT系統(tǒng)中還應安裝剩余電流保護裝置，并宜帶有劣化顯示功能。

（f）在爆炸危險場所使用的SPD應具有防爆功能。

（g）在考慮各設備之間的過電壓保護水平Up時，若線路無屏蔽時尚應計及線路的感應電壓，在考慮被保護設備的耐沖擊過電壓水平時宜按其值的80%考慮。

（h）在供電電壓超過所規(guī)定的10%及諧波使電壓幅值加大的場所，應根據(jù)具體情況對氧化鋅壓敏電阻SPD提高Uc值。

（i）當設有信息系統(tǒng)的建筑物需加裝SPD保護時，若該建筑物沒有裝設防直擊雷裝置和不處于其他建筑物或物體的保護范圍內(nèi)時，宜按第三類防雷建筑采取防直擊雷的措施。在要考慮屏蔽的情況下，防直擊雷接閃器宜采用避雷網(wǎng)。四、電視監(jiān)控中心防雷設計依據(jù)的原則、依據(jù)、標準及規(guī)范1、設計原則

（1）第一考慮的是人身安全。

（2）人身安全得到保障的同時，保護設備不受損壞。

2、設計依據(jù)

（1）依據(jù)有關技術及現(xiàn)場勘察、測量的數(shù)據(jù)資料。

（2）要求項目免遭直擊雷擊。

（3）要求項目電視監(jiān)控網(wǎng)絡免遭感應過電壓破壞，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作。

（4）接地電阻滿足合同項目的不同要求。

3、設計標準、規(guī)范

（1）GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》

（2）GBJ115-87《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設計規(guī)范》

（3）GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》

（4）GB/T2887-2000《電子計算機場地通用規(guī)范》

（5）GB50174-93《電子計算機機房設計規(guī)范》

（6）GB9361-88《計算機站場地安全要求》

（7）JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規(guī)范》

（8）YDJ26-89《通信局（站）接地設計規(guī)范》

（9）YD2011-93《微波站防雷與接地設計規(guī)范》

（10）（99D562）《建筑物、構筑物防雷設施安裝》

（11）（97X700）《智能建筑弱電工程設計施工圖集》

（12）IEC-61312《雷電電磁脈沖的防護》

（13）GB7450—87《電子設備雷擊保護導則》

（14）IEC1312-1《雷電電磁脈沖的防護通則》

（15）IEC1312-2《雷電電磁脈沖的防護、建筑的屏蔽、內(nèi)部等電位聯(lián)結和接地》

（16）GB50348-2004《安全防范工程技術規(guī)范》

（17）GA/T74-2000《安全防范系統(tǒng)通用圖形符號》五、直擊雷的防護設計1、雷擊的規(guī)律性

多年來的運行經(jīng)驗和國內(nèi)外的模擬試驗資料分析研究，凡建筑物處在山谷潮濕地帶、河邊、海邊、土壤結構不同的地質(zhì)交界處，地下有礦脈及地下水露頭處等地方，遭受雷擊較多，所見雷擊事故的發(fā)生除與雷電日多少有關外，在很大程度上與地形、地貌、建筑物高度、建筑物的結構形式以及建筑物地點的地質(zhì)條件等因素都有著密切關系。

2、防直擊雷應滿足的技術參數(shù)

通過雷電試驗場觀測，10kA的雷電流流過引下線時形成電磁場，在距離0.5m處，20m長的環(huán)形雙絞線上可產(chǎn)生0.1—0.6kA的感應電流和大于1000V的感應過電壓。計算機網(wǎng)絡連線及各種與電子設備相連的導線都是沿地板和墻壁布設的，墻內(nèi)和地板的鋼筋（鋼混框架結構）恰恰又是雷電電流通過的引下線。當直擊雷閃擊建筑物時的入地電流大于10kA、甚至大于100kA時，后果會非常嚴重。所以，對直擊雷的防范主要是消滅雷電流的強度I和降低雷電流隨時間的變化率di/dt。入地電流應減少到安全水平以下，且無繞擊、側(cè)擊現(xiàn)象。《規(guī)范》要求：直擊雷的接地引下線應滿足雷電流的熱效應，機械效應等要求，導線截面積應不小于90mm2。六、電源防雷設計1、電源線路感應防護參數(shù)

電源是最易受雷電感應波侵襲的部位，必須進行防雷設計。高壓進線端10kA是長距離線路輸送過來，容易受直擊雷和感應產(chǎn)生過電壓；其低壓端380V對于距離在幾百米至2公里范圍內(nèi)雷擊產(chǎn)生的電磁波都會產(chǎn)生強度很大的過電壓。防護參數(shù)為：

（1）通流量

第一級通流量>40kA（8/20μs，沖擊18次）

第二級通流量>15kA

第三級通流量>10kA

（2）殘壓

第一級殘壓<2000V（20kA）

第二級殘壓<1200V（10kA）

第三級殘壓<800V(8kA)

（3）漏電流

三級均≤10μA

（4）響應時間

三級均≤25ns

（5）環(huán)境參數(shù)

溫度：-40—+70℃相對濕度：20%—90%

2、電源避雷器接地

采用軟銅線把主配電的接地銅排重復接地后再引到地網(wǎng)，機房避雷器及配電盤、UPS接地均通過10mm2的銅線與機房均壓地線相連。系統(tǒng)電源防雷按規(guī)定保證三級防雷。外電源進入建筑物的第一級應用10/350μs波形電源避雷器，級間安裝的相互距離應在10m以上，否則應設計串聯(lián)型電源避雷器（或級間安裝退耦電感）。

接地按聯(lián)合接地的原則設計。機房內(nèi)的所有避雷器應接機房匯流排或均壓環(huán)。由外電源線進入機房的第一級電源避雷器接地，可接三相五線制的PE地。

3、電源防雷

現(xiàn)在做防雷設計碰到地線很長時一般的做法都要求加粗地線，忽略了電源引線，單是導線加粗10多平方毫米電感量減小的也非常有限，不能解決地線殘壓過高的問題。有不少電源廠家在生產(chǎn)電源時就把避雷器集成到設備里去了，這是一個比較好的解決問題的方法，電源引線和地線都可以做到非常短，在碰到電源設備沒有集成避雷器的時候，可以考慮把避雷器安裝到設備內(nèi)部。從標準上要求提高電源設備的雷擊抗力要求，做到有一定的富余度。如果實在沒有辦法，也可以考慮并聯(lián)兩條地線，效果比加粗地線好的多。七、信號防雷設計1、信號線防感應雷技術參數(shù)

由于空氣中閃電形成的感應電磁波會在信號傳輸線、計算機網(wǎng)絡線、電話線產(chǎn)生感應過電壓，這種感應過電壓通過線路傳入設備，從而導致設備受損，為此，必須選用避雷器消除或降低感應過電壓。一般選取耐受沖擊電壓在500V左右，所以，防感應過電壓的避雷器技術參數(shù)必須滿足以下技術參數(shù)：

（1）殘壓（8/20μs峰值）：UIKA<400V

（2）通流量：INSC>1kA（8/20μs,沖擊18次）

（3）響應時間<50ns

（4）64KPBS數(shù)率下無衰減。

2、信號線防感應雷設計

在防感應雷系統(tǒng)設計中，目前通常作法有以下兩點：

（1）建立聯(lián)合接地系統(tǒng)，形成等電位防雷體系

將建筑物的基礎鋼筋，梁柱鋼筋，金屬框架，建筑物防雷引下線等連接起來，形成閉合良好接地的法拉第籠，將建筑物各部分的交流工作地，安全保護地，直流工作地，防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接，避免接地線之間存在電位差，消除感應過電壓產(chǎn)生的原因。

（2）電源系統(tǒng)防雷

在高壓端各相安裝防雷裝置作為第一級保護，在低壓側(cè)安裝閥門式防雷裝置作為第二級保護，在樓層配電箱安裝電源避雷箱作為第三級保護。配電系統(tǒng)一般采用三相五線和單相三線的供電制式運行,電力線是重要的引雷途徑，必需進行有效的防護。根據(jù)ICE和GB的有關標準的規(guī)定，對電源系統(tǒng)應實施多級保護，第一級使用通流容量不少于100kA的電源避雷器（對雷電進行90%的吸收）；第二級使用不少于60kA的電源避雷器（第一級避雷器吸收雷電后，對殘余感應雷電進行吸收，使雷電的能量基本吸收完畢）；第三級使用通流容量不少于40kA的電源避雷器（對殘余的雷電雜波及其它操作過電壓、容性負載感性負載引起的浪涌過壓實施進一步吸收，并對電力線出現(xiàn)的差模干擾、共模干擾實施有效的抑制和吸收）；必要時對重要設備和弱電設備應進行精細保護即第四級防護，通流容量可選擇20kA。第一級防雷器件與第二級防雷器件之間拉開直線距離10m以上、第二級與第三級之間拉開直線距離5m以上，利用電力線上的自由電感、自由電阻進行級級解耦，以達到級級保護器的響應時間配合，實現(xiàn)真正的多級保護。

3、架空線上的保護抑制

對過電壓水平的保護抑制可通過在電氣裝置中直接安裝電涌保護器，或在架空線上安裝電涌保護器來獲得?？刹扇∫韵麓胧?/p>

（1）架空供配電網(wǎng)，應在電網(wǎng)的結點，尤其在每個長度超過500m的線路末端建立過電壓保護。沿供配電線路每隔500m就應安裝過電壓保護器件。過電壓保護器件之間的距離應小于1000m。

（2）供配電網(wǎng)中部分為架空線路，部分為地下線路，在架空電網(wǎng)應按照上述（1）進行過電壓保護，并應在從架空線至地下電纜的轉(zhuǎn)換點進行過電壓保護。

（3）在TN配電網(wǎng)供電的電氣裝置中，由自動切斷電源為間接接觸提供保護的地方，連接到相導體的過電壓保護器件的接地導體與PEN導體相連或與PE導體相連。

（4）在TT配電網(wǎng)供電的電氣裝置中，由自動切斷電源為間接接觸提供保護的地方，要為相導體和中性導體提供過電壓保護器件。在供電網(wǎng)的中性導體直接接地的地方，不必為中性導體安裝過電壓保護器件。八、接地系統(tǒng)1、接地要求

雷電流疏散入大地與接地電阻有很大關系，而接地電阻大小與土壤電阻率有關，土壤電阻率變化與濕度、溫度、含水量、水質(zhì)、含鹽堿量、季節(jié)修正系數(shù)等都有連帶關系。接地電阻越小，越有利于電流的疏散。要想使地網(wǎng)接地電阻降低，成本也將會增加。

2、機房內(nèi)接地均壓匯集環(huán)等電位聯(lián)接的設計

防雷接地強調(diào)的是等電位聯(lián)合接地，即防雷接地、交流接地、工作接地、聯(lián)合接地在一起，這種接地方式有效地降低了接地電阻，又可使設備之間的地電位相等。如果不采用聯(lián)合接地，就有可能在雷擊瞬間引起各種接地點的電位不平衡，造成高電位點與低電位點間打火放電。通常多見于防雷接地線向設備工作地線反擊，使設備受損。GB9361-88《計算站場地安全要求》規(guī)定：設備的接地方式宜采用支線接地與接地干線連通的方式，稱為并聯(lián)接地方式，不宜采用串聯(lián)接地方式。

機房內(nèi)均壓環(huán)具體做法：

（1）采用線槽把35mm2專用線固定在墻上或靜電地板下。

（2）通過6mm2銅線把所有需接地的設備接到35mm2專用銅線上

3、機房內(nèi)采用等電位聯(lián)合接地

建筑物電氣裝置防間接接觸電擊、防接地故障引起的爆炸和火災；建筑物防雷和電子信息設備防瞬態(tài)過電壓及干擾須做等電位聯(lián)結。等電位聯(lián)接的作用在于降低建筑物內(nèi)間接接觸電擊的接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入危險故障電壓的危害，防止電子信息設備瞬態(tài)過電壓及干擾。

等電位連接是內(nèi)部防雷系統(tǒng)的一個重要組成部分，其目的是減少雷電流所引起的電位差。等電位連接就是將系統(tǒng)內(nèi)部正常不帶電的金屬部分通過可靠的電氣連接，形成一個等電位體，并連接到可靠的接地裝置上。在IEC標準及國標GB50057-94中，推薦了幾種等電位連接的基本方法及其組合。具體應用中應針對不同的設備進行合理的選擇。

通過進線配電箱（柜）近旁等電位聯(lián)接端子板（接地母排）將下列導電部分互相連通：

（1）進線配電箱PE（PEN）母排。（PE為保護地線；PEN為零線）。

（2）公用設施公用管道，如上水金屬管、下水金屬管、熱水金屬管、采暖水金屬管、空調(diào)金屬管、燃氣金屬管等。

（3）建筑物的金屬構件（鋼筋）。

（4）信息設備保護地、天線設備外殼地。

（5）避雷接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)）接地線，廣告金屬框架等。九、電視監(jiān)控系統(tǒng)的防雷設計電視監(jiān)控系統(tǒng)的防雷設計，一般由以下幾部分組成：

1、前端部分，主要由黑白（彩色）攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、支架等組成。

前端設備的防雷：前端設備有室外和室內(nèi)安裝兩種情況，安裝在室內(nèi)的設備一般不會遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設備的侵害，比如安裝在地下停車場的攝像機等。而室外的設備則同時需考慮防止直擊雷和感應雷。前端設備如攝像頭應置于接閃器（避雷針或其它接閃導體）有效保護范圍之內(nèi)。為了施工方便避雷針一般架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ8的鍍鋅圓鋼或35mm2銅導線，此時應注意依據(jù)GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》供電、接地與安全防護的要求，系統(tǒng)采用專用接地裝置時，其接地電阻不得大于4Ω。

為了防止電磁感應，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應穿金屬管屏蔽。為防止雷電波沿線路侵入前端設備，應在設備前的每條線路上加裝合適的避雷器，如電源線（220V或DC24V）、視頻線、信號線和云臺控制線?？梢赃x擇“三合一”或者“二合一”的監(jiān)控攝像機多功能電涌保護器。

2、傳輸部分。使用同軸電纜、電線、多芯線采取架空、地埋或沿墻敷設等方式傳輸視頻、音頻或控制信號等。

電視監(jiān)控系統(tǒng)主要是傳輸信號線和電源線。室外攝像機的電源可從終端設備處引入，也可從監(jiān)視點附近的電源引入。控制信號傳輸線和報警信號傳輸線一般選用多芯屏蔽軟線，架設（或敷設）在前端與終端之間。GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》的規(guī)定，傳輸部分的線路在城市郊區(qū)、鄉(xiāng)村敷設時，可采用直埋敷設方式，當條件不允許時，可采用通信管道或架空方式。采用通信管道或架空方式時，應注意傳輸線纜與其它線路共溝的最小間距和與其它線路共桿架設的最小垂直間距。

例如與220V交流配電線的最小間距為0.5m，與通訊電纜的最小間距為0.1m，與1～10kV電力線的最小垂直間距為2.5m，與1kV以下電力線的最小垂直間距為1.5m，與廣播線的最小垂直間距為1.0m，與通信線的最小垂直間距為0.6m等等。

直埋敷設方式防雷效果較好，而架空線比較容易感應雷擊。為避免首尾端設備損壞，在使用架空線傳輸時，應在每一支撐桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線纜線路中的金屬管道均應接地。中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。

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