雷电过电压的基本特性及安防视频监控系统的防雷技术措施


一、雷电过电压的基本特性

雷电通过被击物在其阻抗上产生压降(直接雷过电压)和雷电对设备附近的地面(或避雷针、线)放电时所引起的感应雷过电压,统称为雷电过电压或大气过电压,这种来自大气层中的雷电是一种强烈的电磁干扰源。产生雷电过电压的根源是特大雷电流,其特点是幅值极高,最大可达200kA以上。大多数低于100kA,其波形多数为振荡衰减波,时间短。按照IEC61312-11995和圧C61024-1修订草案(81/122/CD1998)的有关规定,雷电流波形的上升沿非常陡直,T1波头时间为10µs,而下降沿相对缓慢,T2半值时间为350µs,如图1所示。

图1 雷电流波形图

建筑物在遭受直接雷击时,雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体汇入大地,在此过程中,雷电流将在防雷系统中产生暂态高电位,这一暂态现象称为暂态电位抬高。暂态电位的抬高往往会对一些进出屏蔽室的电源线或信号线等线路发生反击,如图2所示。

图2 屏蔽室开孔处的反击

在发生直接雷击时,雷电流流过屏蔽室接地连线的寄生电感和接地电阻后,将产生很高的暂态压降,使屏蔽室的暂态电位被举高,而来自远处的信号线此时尚处于零电位,则在小孔处,第4章安防视频监控系统前端配套设备屏蔽体与信号线之间将岀现很高的电压。这一高电压很容易将两者间气隙击穿,使信号线上也带上高电位,该电位将会直接损坏室内的电子设备,它也将沿信号线传输到远处线路终端,侵害终端处的电子设备。暂态电位的抬高还会在邻近未受雷击的建筑物内引起反击,雷电流将通过建筑物的防雷系统引下线和接地连线与供水管道等进入各建筑物的接地体,使各建筑物的暂态电位都抬高,于是在没有采取暂态过电压保护措施的建筑物中,带高电位的地线将会对其附近的电源线和通信线发生反击,使得与这些线路相连接的电子设备受到暂态高电位的损害。

在现代建筑物中,大量布设着各种导体线路,如电源线、电视电缆、数据通信线和供水及供热金属管道等。由于这些线路网络结构布局错综复杂,它们会在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路,这些回路的存在,使得建筑物内电子设备遭受雷电危害的机会大大地增加,因此必须要给予足够的重视。

据国内外有关资料介绍,在一些建筑物稠密的城市区域,由于各种供电、通信和信号线路等网络盘根错节,雷电放电可以对距离雷击点1km范围内的电子系统产生电磁感应作用,影响系统的安全可靠运行。

在由雷击引起的暂态过程中,暂态高电位或过电压常常可以通过信号或电源等线路耦合或转移到电子设备上,造成电子设备的损坏。

二、防雷技术措施

雷电过电压对信息系统(含视频监控系统)的危害是很大的,为了确保信息系统和人身的安全,对雷电过电压必须采取相应的防雷技术保护措施。

防雷技术是一项系统工程,从电力网高压线路开始,到信息系统直流入口端,除电源系统自身的防雷措施应相互协调外,还应与建筑物防雷、信息系统的防雷、接地设计等相互配合,同时还要兼顾信息系统的电磁兼容的要求。对信息系统最大的潜在危害是直接雷和感应雷,几年来采取了多种措施以保护信息系统免受雷电的干扰和破坏,越来越多的工程采用避雷器以实现有效的电磁兼容保护方案。电磁兼容保护区,由外到内可分为4个区域(0~3区)。如图3所示。

图3 防雷技术措施

最外层是0区:建筑物外部、雷击保护区(直接雷),如图中避雷针所示区。I区:建筑物内部,由感应雷或开关动作而引起的能量较强的瞬变量(过压保护1区,即图中第一级保护)。2区:建筑物内部,由静电放电或开关动作而引起的能量较弱瞬变量(过压保护2区,即图中第二级保护)。最内层是3区:建筑物内部,该区域里,无瞬变电流(电压),对可能产生相互影响的电路进行屏蔽和分开布线(过压保护3区,即图中第三级保护),从0级保护区域到最内层保护区,必须实行分级保护。

总之,对雷电过电压抑制必须严格按照有关规程进行综合考虑,采取“整体防御、层层设防、多级保护”,从而组成一个有效的防雷系统。只有这样「才能达到良好的保护效果。

(1)建筑物外部防雷技术措施。该技术措施是在建筑物上安装避雷针、避雷带(线)、消雷器、引下线和接地系统等,以防直接雷。

(2)建筑物内部防雷技术措施(以下简称内部防雷技术措施)。据统计,80%的雷击事故是由于感应雷(间接雷)或雷电侵入建筑物内而引起的,内部防雷技术措施可以抑制和吸收感应雷的干扰,该技术措施有等电位连接、屏蔽、合理布线、接地、滤波器、避雷器等。

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