深圳寶安金安廣場(以下稱金安廣場)曾遭遇受一次嚴(yán)重的雷電襲擊,其監(jiān)控中心機(jī)房設(shè)備及部分閉路電視的攝像機(jī)均因雷電而遭致?lián)p壞,該廣場雖有防雷網(wǎng)、避雷針等設(shè)施,但對弱電設(shè)備幾條無采取任何防護(hù)措施,這便是造成這次事故的原因。
事后,金安廣場管理處聘請筆者對該廣場防雷設(shè)施進(jìn)行了全面的檢查,并主持了該廣場防雷設(shè)施的重新設(shè)計和改造工程, 在原安裝的攝像頭基本都損壞的情況下,筆者著手對整個系統(tǒng)進(jìn)行整改,增加了相當(dāng)部分弱電防雷設(shè)施,并在以后多個弱電工程項(xiàng)目中加以推廣應(yīng)用,取得了一定的效果,受到該管理處的好評。筆者就該部分弱電設(shè)備(特別是閉路電視監(jiān)控系統(tǒng))防雷所做工作和對弱電抗干擾實(shí)驗(yàn)研究及其所采取的相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行介紹。
2.1 對可能遭受雷電襲擊造成弱電監(jiān)控設(shè)備損壞的幾種可能性進(jìn)行研究與分析
筆者認(rèn)為安裝在金安廣場室外監(jiān)控攝制機(jī)遭受直擊雷襲擊的可能性很大,但這種威脅也可能通過電源或信號線危害到室內(nèi)弱電設(shè)備。
針對這些情況的主要的防范措施是:
2.2 增設(shè)室外監(jiān)控攝制機(jī)的避雷針并加裝好其可靠有效的接地裝置
2.3 針對雷電危害的第三種情況,防雷的措施主要是采用相應(yīng)的屏蔽、隔離及限壓手段等,以減少其危害程度
采取上述措施后,就可以有效地降低防雷等電位連接系統(tǒng)的高頻阻抗,基本上達(dá)到目的。
總之,完善的等電位連接可以減少雷電電流入地時造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊產(chǎn)生的可能性,對各弱電設(shè)備的防雷是極其有效的措施?!?/p>
通過現(xiàn)場分析得出結(jié)論,金安廣場的室外攝像機(jī)的損壞是多半是因?yàn)樵馐苤睋衾滓u擊而損壞,而機(jī)房內(nèi)主機(jī)設(shè)備的損壞則由于電磁感應(yīng)相伴的沖擊過電壓和過電流沿著電源線或信號傳輸線,侵入弱電設(shè)備后所導(dǎo)致的可能性要大一些。
大家都知道弱電系統(tǒng)(包括閉路電視監(jiān)控系統(tǒng))防雷是一項(xiàng)綜合性工程,該金安廣場已設(shè)計施工完成的防雷系統(tǒng)初步檢查也基本安裝到位。考慮到金安廣場的多數(shù)閉路電視監(jiān)控攝像機(jī)長年安裝在室外立柱上,又遠(yuǎn)離該廣場大樓,就是個別有靠近大樓處安裝,也不在金安廣場大樓的避雷裝置的保護(hù)范圍內(nèi),所以不能抵擋直擊雷的入侵,為此在防雷方案中要對其加以補(bǔ)救措施。
建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的,主要以空間屏蔽、等電位連接、減少接近耦合、限壓保護(hù)等措施,通過在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的,即過電壓保護(hù),使設(shè)備、線路與大地形成一個有條件的等電位體,將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外,將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入大地。
檢查現(xiàn)場,此內(nèi)容的防范措施在金安廣場的弱電設(shè)備中原根本就沒有考慮進(jìn)去,所以必須對其加裝.有了理論依據(jù),采取一系列具體措施都是圍繞上述原理所展開的。
4.1 弱電設(shè)備在電源方面的防雷措施
其中CD010-6(深圳生產(chǎn))是用于監(jiān)控機(jī)房硬盤錄像機(jī)等設(shè)備的電源末級防護(hù),其目的是將雷電及其他浪涌電壓限制到對設(shè)備沒有損害的水平,同時還可對日常發(fā)生的電源系統(tǒng)操作過電壓、電源高次諧波等也具有限制和保護(hù)作用,可以延長設(shè)備的正常使用壽命,減少運(yùn)行維護(hù)成本。
4.2 對弱電設(shè)備的傳輸信號線加裝防雷措施
為更好的保護(hù)其它弱電設(shè)備不受雷電的侵襲,應(yīng)對監(jiān)控系統(tǒng)及其它弱電設(shè)備兩端作有效的防雷保護(hù),采取的具體措施如下為:
4.3 弱電設(shè)備機(jī)房接地與等電位連接的雷電防護(hù)做法
建筑物內(nèi)的弱電機(jī)房,遭受直擊雷的可能性比較小,在此處除了應(yīng)采用各種防雷器進(jìn)行防護(hù)外,還采用等電位聯(lián)結(jié)方式作為防雷保護(hù)的補(bǔ)充。就是將各弱電裝置諸金屬外殼用導(dǎo)線連接起來,以減少雷電流在它們之間的電位差,減少其間擊穿的可能性,正如談到過等電位聯(lián)結(jié)是防止雷電波侵入和雷電感應(yīng)的一種有效辦法,采取的具體措施有:
此外,在機(jī)房內(nèi)找出大樓建筑物的主鋼筋引下線的伸出連接點(diǎn),經(jīng)測試其確與避雷帶連接良好,接地電阻值達(dá)到要求,另用φ14鍍鋅圓鋼通過銅鐵轉(zhuǎn)換接頭將接地匯流排與之相連接。
考慮到前述的雷電產(chǎn)生的集膚效應(yīng)特點(diǎn),各處均注意到防雷等電位連接線最小截面積的要求,并做到走線盡量短直。
另外在遇到建筑物地網(wǎng)情況較差時,由于接地電阻太高,就采用另立地網(wǎng)措施進(jìn)行補(bǔ)救,保證接地電阻小于弱電設(shè)備要求的1歐姆以下。
4.4 室外攝像機(jī)的雷電防護(hù)措施
監(jiān)控攝像頭有室外和室內(nèi)安裝兩種,安裝在室內(nèi)一般不會遭受直擊雷的侵害,只需考慮雷電過電壓對設(shè)備的侵襲,而室外還要防止直擊雷的威脅。具體操作是:
采用攝像機(jī)立桿上部安裝一個簡易避雷針,也就是在該立桿的頂端豎立一根約1.2米的短針,其與立桿頂部焊接好,并做好接地,桿中間設(shè)一個防雷器。其二是選用桿中間的防雷器時要考慮到攝像頭有兩種類型,必須根據(jù)其不同的參數(shù)與之相適應(yīng)。對金安廣場安裝的20個帶云臺動點(diǎn)攝像機(jī)和固定18個攝像機(jī)都應(yīng)分別加以選用。
總之,通過安裝簡易裝置及其配套接地措施能使室外攝影機(jī)安裝在避雷針滾球半徑的保護(hù)范圍內(nèi),可減少室外監(jiān)控攝像機(jī)遭受直擊雷的損害的機(jī)會。
對弱電設(shè)備外部防感應(yīng)雷可用屏蔽等手段,也就是把雷電電磁脈沖從空間感應(yīng)入侵通道加以阻斷,筆者采取了以下技術(shù)措施。
5.1 所有弱電設(shè)備均應(yīng)考慮屏蔽,最好將重要的弱電設(shè)備均設(shè)在機(jī)柜內(nèi),且機(jī)柜外殼應(yīng)接地良好,且接地電阻滿足小于1歐姆。(接地電阻如經(jīng)測試達(dá)不到要求,則采用加裝接地極和加降阻劑或改良土壤方法來解決,這里就不再作詳細(xì)說明)。
5.2 均壓等電位連接(包括弱電機(jī)房,其內(nèi)容前面已有詳細(xì)的論述),其目的是為了徹底消除雷電引起的各處的電位差,消除設(shè)備可能存在的地電位反擊問題。
5.3 設(shè)置安全距離要求,即要求各弱電設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物的梁、柱等位置,主要考慮到柱內(nèi)鋼筋在泄放雷電流時可能產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場,從而造成了設(shè)備的損壞。
5.4 考慮到弱電設(shè)備與其它強(qiáng)電設(shè)備在防雷電接地方面最大不同特點(diǎn)是在于其設(shè)備的工作頻率很高,也就是說接地線和連通回路的高頻阻抗已不可忽視,為此我做到對各弱電設(shè)備其間的連線盡可能短直,各金屬結(jié)構(gòu)、管道都可能就近接于建筑物的接地母線,其目的是盡可能減少接地回路的阻抗(原理前面已闡明)。
由于建筑群以外的自然環(huán)境及建筑內(nèi)部環(huán)境中存在著大量的電磁干擾,使弱電設(shè)備產(chǎn)生誤碼、錯碼、誤動作,使信號系統(tǒng)受到污染、產(chǎn)生噪聲,會使設(shè)備性能下降,導(dǎo)致弱電設(shè)備無法正常工作,尤其是雷電發(fā)生時所伴隨產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁脈沖時就更為嚴(yán)重。
這些情況筆者在深圳寶安的金安廣場和深圳福田區(qū)錦銹小區(qū)的電氣設(shè)備安裝調(diào)試中就曾多次遇到過,因此,弱電系統(tǒng)必須實(shí)施有效的抗電磁屏蔽措施才能保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
這部分內(nèi)容因牽涉到很多方面,也很復(fù)雜,在這里我僅描寫其中小部分,只做粗淺的分析,僅介紹我在抗干擾屏蔽方面所做的小部分工作內(nèi)容。
6.1 對當(dāng)弱電系統(tǒng)外殼為非金屬外殼時,采用一個鎳銅合金絲編織成金屬網(wǎng)作屏蔽網(wǎng),金屬屏蔽網(wǎng)與等電位點(diǎn)可靠地連接在一起,此金屬屏蔽網(wǎng)對10MHZ左右的電磁干擾按理論計算一下大約有90dB的衰減,如要求進(jìn)一步衰減,則必須采用雙層金屬屏蔽網(wǎng)。 把弱電系統(tǒng)的小機(jī)柜用上述金屬屏蔽網(wǎng)包起來,同時處理好接縫,解決信號線出入口等問題,就可取得較好的電磁屏蔽效果。
6.2 當(dāng)強(qiáng)、弱電設(shè)備都安裝在一起時弱電設(shè)備受干擾的情況比較明顯,因考慮到柜內(nèi)強(qiáng)電回路與弱電回路相隔距離很小,信號連線還相互交錯,弱電系統(tǒng)受到強(qiáng)電系統(tǒng)電磁干擾幾率很大的因素,為此在兩個相互干擾的導(dǎo)電體間插入接地良好的金屬板,這塊金屬板的材料采用導(dǎo)磁率較高的鐵鎳合金做成(因其導(dǎo)磁率u=5000~10000,是銅和鋁的u值幾千倍),就因?yàn)檫@塊金屬板置于在電磁場中,利用其吸收和反射效能從而達(dá)到屏蔽的最終效果。
6.3 抗干擾措施還可采用如隔離、接地和濾波等,常見的具體方法還有:
總之,理論和實(shí)驗(yàn)都證明了屏蔽是阻擋電磁干擾經(jīng)空間傳輸?shù)淖詈梅绞?,尤其是?dāng)雷電襲擊到來前能夠把弱電設(shè)備屏蔽起來這種措施就尤其顯得重要,很顯然采用屏蔽措施對弱電防雷和抗干擾兩方面有著雙重功效。
通過以上相關(guān)技術(shù)措施,可初步達(dá)到弱電防雷及相關(guān)弱電設(shè)備抗干擾的效果,正由于原有弱電設(shè)備遭受雷擊后,筆者所在的單位加強(qiáng)了弱電防雷的技術(shù)力量,除安排了筆者管理建筑強(qiáng)弱電施工管理外,另外專門負(fù)責(zé)全部項(xiàng)目的防雷工作,也就是在后來承接的建筑工程的每個弱電項(xiàng)目中包括福田錦繡小區(qū)、南山月亮灣小區(qū)等,筆者盡可能采用上述技術(shù)措施對弱電系統(tǒng)尤其是閉路電視監(jiān)控制設(shè)備進(jìn)行完善補(bǔ)充,此外筆者還把這部分防雷及弱電抗干擾措施也應(yīng)用于計算機(jī)房、門禁對講、消防弱電、背景音樂、電梯控制系統(tǒng)等多個弱電系統(tǒng)中,其取得了比較明顯的效果。
(編自《電氣技術(shù)》,作者為錢良楚。)