煤矿弱电防雷

第 1 页 煤煤 矿矿 弱弱 电电 防防 雷雷 系系 统统 方方 案案 书书 第 2 页 一 前言一 前言 雷电灾害给人类带来 过许多惨痛的教训 直到今天还在继续 现代科学技术的突飞猛进 自动化办公水平日益提高 给人们的 工作 生活带来了全新感受 雷电这个早已被我们所 克服 的 困难 却像突然被注入了新的活力般 给人类带来的灾害却是有 过之而无不及 让我们在感受科技的同时也品尝了许多突然而至 的无奈和烦恼 因雷电尤其是感应雷导致的系统瘫痪以及设备损 坏比比皆是 造成不计其数的人力和物力损失 其间接损失及政 治影响更是无法估量 雷电灾害已成为社会各界关注的焦点 由此可见 避雷针对这些电子设备的保护已显得力不从心 这 是由于通信及电子机房的精密设备内部结构的高度集成化 从而造 成设备耐过电压 耐过电流的水平下降 对雷电 包括感应雷及操 作过电压 浪涌的承受能力下降 每年各种通信系统或网络因浪涌 电压而受破坏的事例已屡见不鲜 轻者使终端计算机和通信接口设 备损坏 通信中断 各种信息无法传递 重者使网络瘫痪 工作无 法进行 二 现代防雷理论与技术二 现代防雷理论与技术 只有掌握了解了雷电的危害方式 才能更好的对雷击危害进行 防护 如下图所示 雷电的危害途径包括直击 感应 LEMP 雷电磁脉 冲辐射 传导 雷电波的侵入和反击 几个方式 我们分别介绍如 下 第 3 页 直击雷直击雷 雷电直接击中建筑物 雷电的不到 50 的能量将会从引下 线等外部避雷设施泄放到大地 其中接近 40 的能量将通过建筑物 的供电系统分流 其中 5 左右的能量通过建筑物的通信网络线缆 分流 其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道 缆线分流 这里 的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化 对 直击雷进行防护的防雷器 按国际相关防雷标准 一级电源防护产 品在波形为 10 350us 测试标准下 最大通流量应达到 12KA 线 传导雷传导雷 雷电波侵入 在更大的范围内 几公里甚至几十公里 雷电击中电力或信息通讯线路 然后沿着传输线路侵入设备 其中 地电 位反击也是传导雷中的一种 雷电击中附近建筑物或附近其他物体 地面 导致地电压升高 并在周围形成巨大的跨步电压 雷电可能 通 过接地系统或建筑物间的线路 入侵雷电延建筑物内部设备形成地 电位反击 感应雷感应雷 雷电波感应 在周围 1000 公尺左右范围内 有资料为 500 公尺或 1500 公尺 距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化 发生雷击时 LEMP 在上述有效范围内 在所有的导体上产生足够强 第 4 页 度的感应浪涌 因此分布于建筑物内外的各种电力 信息线路将会 感应雷电而对设备造成危害 现代防雷技术强调全面保护 综合治理 层层设防的原则 把 防雷当作一个系统工程来实施 这是由于雷电的侵入是多方面的 在整个空间范围内 通过电磁场的感应和耦合 形成过电压 侵袭 微电子设备 国内外防雷科技工作者经过多年实践和理论研究 认 为雷电 包括感应雷及操作过电压 侵入机房及计算机及通信网络 系统的途径主要有三个方面 电源线引入 信号传输通道引入 地 电位反击等 因此 为了确保机房设备及网络系统稳定可靠地运行 以及机房工作人员有安全的工作环境 在机房防雷系统工程中 除 了需有良好的避雷针 避雷带等外部防雷设施外 还必须在电源系 统 信号系统进行可靠 有效的防护工作 即内部防雷保护 并具备 可靠的接地装置 方能确保设备及人员安全 外部防雷外部防雷包括避雷针 避雷带 引下线 接地极等 其主要的 功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的破坏 将可能击中建筑物 的雷电通过避雷针 避雷带 引下线等 泄放入大地 内部防雷内部防雷 系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的 为减小抑制传导来的线路过电压和过电流 应使用电子浪涌保 护器进行分级保护 在正常工作状态下 保护器不会影响线路的传 输特性 当有雷电电磁脉冲进入线路时 浪涌保护器将以毫微秒的 响应速度对地暂态短路 短路时间取决于浪涌电压持续时间 将雷 电能量对大地泄放 从而将雷电过电压降低到设备能承受的水平 第 5 页 采用一级防护很难满足要求 必须用多级保护的概念 级间相互配 合 充分发挥各级保护器的特点 实现整体性能 从而使最后一级 浪涌保护器的电压保护水平达到需要保护的设备的耐压水平 针对监控系统需保护设备 从可能引雷的两个方面 外部防雷 内部防雷 根据每一类设备的特性 需要防护的等级 选用性价比 高的防雷产品 对直击雷和感应雷以及线路操作过电压进行全面防 护 是本设计方案的根本目的 根据 电力设备过电压保护设计技术规程 中的规定 将年平 均雷暴日超过 40 天的地区称为多雷区 而超过 90 天作为强雷区 多 强雷区的企事业单位应予以重点的防护 由于监控系统的电源线路 信号传输线路较长 并且都在室外 沿途空旷 地形复杂 因此也是最容易遭受直击雷和感应雷的系统 所以该系统的雷电防护非常重要 必须进行雷电灾害的综合治理和 防护 在进行综合防雷的设计和施工时 应着重对所有的建筑物和电 子 微电子设备从直击雷防护措施 屏蔽与合理的综合布线措施 等电位联结与联合接地措施 设计安装各类浪涌保护器 防雷器 等方面进行 三 综合防雷设计方案的依据三 综合防雷设计方案的依据 综合防雷在设计时主要采用以下标准 供设计时参照 1 IEC61024 建筑物防雷 2 IEC61312 雷电电磁脉冲的防护 第 6 页 3 ITU K25 光缆的防雷 4 ITU K27 电信大楼内的连接结构和接地 5 GB50057 94 建筑物防雷设计规范 6 GB50174 93 电子计算机机房设计规范 7 GB50200 94 有线电视系统工程技术规范 8 GB50198 94 民用闭路监视电视系统工程技术规范 9 GB T50311 2000 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范 10 YD2011 93 微波站防雷与接地设计规范 11 YD5078 98 通信工程电源系统防雷技术规范 12 XQ3 2000 气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范 四 监控系统的基本组成四 监控系统的基本组成 1 中心机房设置有大型监控电视系统 并配有多面切换控控 制设备 视频监视器 低速录象设备及自动转换装置 2 监控前端设备的视频及控制信号传输至监控中心 电源由 监控中心集中式供电 或就近取电 五五 综合防雷原则 综合防雷原则 综合防雷设计应考虑环境因素 雷电活动规律 系统设备的重 要性 发生雷灾后果的严重程度 分别采取相应的防护措施 1 在进行综合防雷设计时 应坚持全面规划 综合治理 优 化设计 多重保护 技术先进 经济合理 定期检测 随机维护的 原则 进行综合设计及维护 2 综合防雷系统的防雷设计应采用直击雷防护 等电位连接 第 7 页 屏蔽 合理布线 共同接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综 合防护 必须坚持预防为主 安全第一的指导方针 3 综合防雷系统应根据所在地区雷暴等级 设备放置在雷电 防护区的位置不同 采用不同的防护标准 为确保防雷设计的科学 性 先进性 建设工程在设计前宜做现场雷电环境评估 六 防雷设计方案六 防雷设计方案 6 6 1 1 建筑物直击雷防护措施建筑物直击雷防护措施 1 监控中心楼内在大量实时运行的电子 微电子设备 又是 整个系统的指挥调度中心 根据 建筑物防雷设计规范 GB50057 94 的规定 建筑物防雷设计规范 附录四的要求 需有完善的外 部直击雷防护措施 2 安装的监控摄像头需具备外部防护措施或处于周边建筑物 的保护半径内 以保护云台摄像头等设备免遭直击雷危害 3 避雷针的引下线最好利用建筑钢结构柱做泄流线 条件不 允许时 也可以单独用 25mm2以上的铜绞线穿镀锌钢管屏蔽 并做 绝缘处理 从避雷针尖直接以最短路径入地 以减小泄流时的雷击 电磁脉冲辐射而损坏微电子设备和室外控制系统 6 6 2 2 电源系统防雷措施电源系统防雷措施 根据 IEC1312 防雷及过电压规范中有关防雷分区的划分 针对 重要系统的防雷应分为三个区 分别加以考虑 只做单级防雷可能 会带来 因雷电流过大而导致的泄流后残压过大破坏设备或者保护 能力不足引起的设备损坏 电源系统多级保护 可防范从直击雷到 第 8 页 工业浪涌的各级过电压的侵袭 监控中心电源防护 第一级电源防雷 根据国家有关低压防雷的有关规定 外接金属线路进入建筑物之前 必须埋地穿金属管槽 15 米以上的距离进入建筑物 且要在建筑物的 线路进入端加装低压避雷器 必须做到在电源的进入端安装低压端 的总电源防雷器 将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄 放 以确保后接设备的安全 具体措施 在监控中心的配电盘的进出线端 安装一套 ASAFE 15 2 防雷模块 对整个监控中心进行的单相电源的第一级防护 计 ASAFE 15 2 一套 第二级电源防雷 第二级防雷器 作为次级防雷器 可将高达上万伏的过电压限制 到几千伏 雷电多发地带需要具有 40KA 的标称通流容量 防雷器可 并联安装在监控 通信机房的电源进线端 对其后续设备进行防雷 保护 具体措施 在监控机房设备电源进线端 安装一套电源防雷器 AM2 40 2 最大 40KA 线的单相电源防雷模块 第一级和第 2 级之间线 路长度应超过 10M 第三级防雷系统 第三级防雷即用电设备的末级防雷 这也是系统防雷中最容易被 第 9 页 忽视的地方 现代的电子设备都使用很多的集成电路和精密的元件 这些器件的击穿电压往往只是几十伏 最大允许工作电源也只是 mA 级的 若不做第二级的防雷 由经过一级防雷而进入设备的雷击残 压仍将有千伏之上 这将对后接设备造成很大的冲击 并导致设备 的损坏 作为第三级的防雷器 要求有 10KA 以上的通流容量 根据不同的设备可选用插座式或其它组合式电源防雷器 具体措施 1 在机房重要设备电源端 安装使用 A6 420NS 防雷插座 计 A6 420NS 6 套 监控摄像头的电源防护 监控摄像头的电源防护 对前端摄像机的电源防护需根据其具体的供电形式 AC220V DC24V 选用相应的电源防雷产品 在户外的摄象机受雷 击的可能性最大 所以从节约成本的方面考虑 在本方案中只对户 外的摄象机进行保护 另外户外立杆上的摄象机要另做直击雷的防 护 具体情况请参考户外立杆上摄象机防护图 具体措施 在摄像头低压交流供电线路两端安装使用 ASP SV 系列监控专用防雷 产品 型号 SV 3 024 SV 2 024 SV 系列产品在对电源进行防雷保 护的同时 可同时对云台控制线和视频线进行保护 对户外立杆上的摄象机 应在立杆上面接高出摄象机 1 米以上的金 第 10 页 属导体与金属立杆连接 立杆接地应采用 3 面以上的金属连接 具 体情况请参照立杆摄象机防护图 计 SV 3 024 1 套 SV 2 024 9 套 6 6 3 3 视频信号传输线路的防护措施视频信号传输线路的防护措施 摄像头上的视频信号经同轴线缆传输至监控中心 在对电源进 行保护的基础上 对此信号线路端口也需进行保护 多路视频进入端 安装使用 ASP XP19N 24B 多路可插拔模块机架式 24 路视频保护器 优点 优点 1 监控系统一体化设计 集中管理 优化布局 减少电涌的二次感应 2 模块化设计 可根据实际应用灵活配置 方便系统升级和扩充 3 网络线路和电源线路综合保护 设备防雷保护具有S 型防雷接地特点 充分 提高保护效果 云台控制线路保护 安装使用 M24C 2 路数字信号线保护专用防雷产 品 单个产品可提供 2 路信号保护 5KA 线 建议采用 XP19N 24B 对户外摄象机的视频回路进行保护 一套 XP19N 24B 可保护 24 路视频回路 计 XP19N 两套 M06B 47 套 M24C 1 套 6 电话程控交换机的防雷可采用 XP19N 24T 一套 XP19N 24T 可 保护 48 路电话线路 计 XP19N 24T 两套 6 6 4 4 等电位连接与共用接地 等电位连接与共用接地 1 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 第 11 页 中心大楼的各类管线的屏蔽层 机架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 在机房内 沿墙敷设非闭合等电位铜带一周 材料采用 30 3mm 紫铜带 用 8 绝缘子作支撑 在机房安装一块等电位汇流排 规格为 50 5mm 的紫铜板 长 30 厘米 与等电位均压铜带连接 将机房内的所有信 号屏蔽线槽接与等电位汇流排或等电位铜带连接 另外 将电源 PE 线 机房内的设备外壳 机架等可导电金属物体就近与汇流排或铜 带连接 连接线采用 6mm2 多股铜芯线 2 宜利用建筑物的基础钢筋地网作为共同接地系统 如建筑 物没有基础钢筋地网 宜在建筑物四周埋设人工垂直接地体和水平 环型接地体 接地体的接地电阻不宜大于 原则上应在各雷电 防护区界面处做等电位连接 但由于工艺要求或其它原因 被保护 设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近 在这种情况 下 当线路能承受可能发生的电涌电压时 电涌保护器安装在被保 护设备处 而线路的金属保护层工屏蔽层宜首先在界面处做一次等 电位连接接地 3 埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢 钢管或圆钢 埋入土壤中的人工水平接地体宜采用角钢 钢管或圆钢 埋入土壤 中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢 圆钢直径不应小于 10mm 扁 钢截面不应小于 100mm2 其厚度不应小于 4mm 角钢不应小于 40X40X4mm 钢管壁厚不应