深圳宝安金安广场(以下称金安广场)曾遭遇受一次严重的雷电袭击,其监控中心机房设备及部分闭路电视的摄像机均因雷电而遭致损坏,该广场虽有防雷网、避雷针等设施,但对弱电设备几条无采取任何防护措施,这便是造成这次事故的原因。
事后,金安广场管理处聘请笔者对该广场防雷设施进行了全面的检查,并主持了该广场防雷设施的重新设计和改造工程, 在原安装的摄像头基本都损坏的情况下,笔者着手对整个系统进行整改,增加了相当部分弱电防雷设施,并在以后多个弱电工程项目中加以推广应用,取得了一定的效果,受到该管理处的好评。笔者就该部分弱电设备(特别是闭路电视监控系统)防雷所做工作和对弱电抗干扰实验研究及其所采取的相关技术措施进行介绍。
2.1 对可能遭受雷电袭击造成弱电监控设备损坏的几种可能性进行研究与分析
笔者认为安装在金安广场室外监控摄制机遭受直击雷袭击的可能性很大,但这种威胁也可能通过电源或信号线危害到室内弱电设备。
针对这些情况的主要的防范措施是:
2.2 增设室外监控摄制机的避雷针并加装好其可靠有效的接地装置
2.3 针对雷电危害的第三种情况,防雷的措施主要是采用相应的屏蔽、隔离及限压手段等,以减少其危害程度
采取上述措施后,就可以有效地降低防雷等电位连接系统的高频阻抗,基本上达到目的。
总之,完善的等电位连接可以减少雷电电流入地时造成的地电位升高所产生的反击产生的可能性,对各弱电设备的防雷是极其有效的措施。
通过现场分析得出结论,金安广场的室外摄像机的损坏是多半是因为遭受直击雷袭击而损坏,而机房内主机设备的损坏则由于电磁感应相伴的冲击过电压和过电流沿着电源线或信号传输线,侵入弱电设备后所导致的可能性要大一些。
大家都知道弱电系统(包括闭路电视监控系统)防雷是一项综合性工程,该金安广场已设计施工完成的防雷系统初步检查也基本安装到位。考虑到金安广场的多数闭路电视监控摄像机长年安装在室外立柱上,又远离该广场大楼,就是个别有靠近大楼处安装,也不在金安广场大楼的避雷装置的保护范围内,所以不能抵挡直击雷的入侵,为此在防雷方案中要对其加以补救措施。
建筑物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,主要以空间屏蔽、等电位连接、减少接近耦合、限压保护等措施,通过在需要保护设备的前端安装合适的,即过电压保护,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体,将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入大地。
检查现场,此内容的防范措施在金安广场的弱电设备中原根本就没有考虑进去,所以必须对其加装.有了理论依据,采取一系列具体措施都是围绕上述原理所展开的。
4.1 弱电设备在电源方面的防雷措施
其中CD010-6(深圳生产)是用于监控机房硬盘录像机等设备的电源末级防护,其目的是将雷电及其他浪涌电压限制到对设备没有损害的水平,同时还可对日常发生的电源系统操作过电压、电源高次谐波等也具有限制和保护作用,可以延长设备的正常使用寿命,减少运行维护成本。
4.2 对弱电设备的传输信号线加装防雷措施
为更好的保护其它弱电设备不受雷电的侵袭,应对监控系统及其它弱电设备两端作有效的防雷保护,采取的具体措施如下为:
4.3 弱电设备机房接地与等电位连接的雷电防护做法
建筑物内的弱电机房,遭受直击雷的可能性比较小,在此处除了应采用各种防雷器进行防护外,还采用等电位联结方式作为防雷保护的补充。就是将各弱电装置诸金属外壳用导线连接起来,以减少雷电流在它们之间的电位差,减少其间击穿的可能性,正如谈到过等电位联结是防止雷电波侵入和雷电感应的一种有效办法,采取的具体措施有:
此外,在机房内找出大楼建筑物的主钢筋引下线的伸出连接点,经测试其确与避雷带连接良好,接地电阻值达到要求,另用φ14镀锌圆钢通过铜铁转换接头将接地汇流排与之相连接。
考虑到前述的雷电产生的集肤效应特点,各处均注意到防雷等电位连接线最小截面积的要求,并做到走线尽量短直。
另外在遇到建筑物地网情况较差时,由于接地电阻太高,就采用另立地网措施进行补救,保证接地电阻小于弱电设备要求的1欧姆以下。
4.4 室外摄像机的雷电防护措施
监控摄像头有室外和室内安装两种,安装在室内一般不会遭受直击雷的侵害,只需考虑雷电过电压对设备的侵袭,而室外还要防止直击雷的威胁。具体操作是:
采用摄像机立杆上部安装一个简易避雷针,也就是在该立杆的顶端竖立一根约1.2米的短针,其与立杆顶部焊接好,并做好接地,杆中间设一个防雷器。其二是选用杆中间的防雷器时要考虑到摄像头有两种类型,必须根据其不同的参数与之相适应。对金安广场安装的20个带云台动点摄像机和固定18个摄像机都应分别加以选用。
总之,通过安装简易装置及其配套接地措施能使室外摄影机安装在避雷针滚球半径的保护范围内,可减少室外监控摄像机遭受直击雷的损害的机会。
对弱电设备外部防感应雷可用屏蔽等手段,也就是把雷电电磁脉冲从空间感应入侵通道加以阻断,笔者采取了以下技术措施。
5.1 所有弱电设备均应考虑屏蔽,最好将重要的弱电设备均设在机柜内,且机柜外壳应接地良好,且接地电阻满足小于1欧姆。(接地电阻如经测试达不到要求,则采用加装接地极和加降阻剂或改良土壤方法来解决,这里就不再作详细说明)。
5.2 均压等电位连接(包括弱电机房,其内容前面已有详细的论述),其目的是为了彻底消除雷电引起的各处的电位差,消除设备可能存在的地电位反击问题。
5.3 设置安全距离要求,即要求各弱电设备应尽量远离建筑物的梁、柱等位置,主要考虑到柱内钢筋在泄放雷电流时可能产生较强的电磁场,从而造成了设备的损坏。
5.4 考虑到弱电设备与其它强电设备在防雷电接地方面最大不同特点是在于其设备的工作频率很高,也就是说接地线和连通回路的高频阻抗已不可忽视,为此我做到对各弱电设备其间的连线尽可能短直,各金属结构、管道都可能就近接于建筑物的接地母线,其目的是尽可能减少接地回路的阻抗(原理前面已阐明)。
由于建筑群以外的自然环境及建筑内部环境中存在着大量的电磁干扰,使弱电设备产生误码、错码、误动作,使信号系统受到污染、产生噪声,会使设备性能下降,导致弱电设备无法正常工作,尤其是雷电发生时所伴随产生强烈的电磁脉冲时就更为严重。
这些情况笔者在深圳宝安的金安广场和深圳福田区锦锈小区的电气设备安装调试中就曾多次遇到过,因此,弱电系统必须实施有效的抗电磁屏蔽措施才能保证其正常运转。
这部分内容因牵涉到很多方面,也很复杂,在这里我仅描写其中小部分,只做粗浅的分析,仅介绍我在抗干扰屏蔽方面所做的小部分工作内容。
6.1 对当弱电系统外壳为非金属外壳时,采用一个镍铜合金丝编织成金属网作屏蔽网,金属屏蔽网与等电位点可靠地连接在一起,此金属屏蔽网对10MHZ左右的电磁干扰按理论计算一下大约有90dB的衰减,如要求进一步衰减,则必须采用双层金属屏蔽网。 把弱电系统的小机柜用上述金属屏蔽网包起来,同时处理好接缝,解决信号线出入口等问题,就可取得较好的电磁屏蔽效果。
6.2 当强、弱电设备都安装在一起时弱电设备受干扰的情况比较明显,因考虑到柜内强电回路与弱电回路相隔距离很小,信号连线还相互交错,弱电系统受到强电系统电磁干扰几率很大的因素,为此在两个相互干扰的导电体间插入接地良好的金属板,这块金属板的材料采用导磁率较高的铁镍合金做成(因其导磁率u=5000~10000,是铜和铝的u值几千倍),就因为这块金属板置于在电磁场中,利用其吸收和反射效能从而达到屏蔽的最终效果。
6.3 抗干扰措施还可采用如隔离、接地和滤波等,常见的具体方法还有:
总之,理论和实验都证明了屏蔽是阻挡电磁干扰经空间传输的最好方式,尤其是当雷电袭击到来前能够把弱电设备屏蔽起来这种措施就尤其显得重要,很显然采用屏蔽措施对弱电防雷和抗干扰两方面有着双重功效。
通过以上相关技术措施,可初步达到弱电防雷及相关弱电设备抗干扰的效果,正由于原有弱电设备遭受雷击后,笔者所在的单位加强了弱电防雷的技术力量,除安排了笔者管理建筑强弱电施工管理外,另外专门负责全部项目的防雷工作,也就是在后来承接的建筑工程的每个弱电项目中包括福田锦绣小区、南山月亮湾小区等,笔者尽可能采用上述技术措施对弱电系统尤其是闭路电视监控制设备进行完善补充,此外笔者还把这部分防雷及弱电抗干扰措施也应用于计算机房、门禁对讲、消防弱电、背景音乐、电梯控制系统等多个弱电系统中,其取得了比较明显的效果。
(编自《电气技术》,作者为钱良楚。)