智能化系統(tǒng)防雷措施

文│中石化中原石油勘探局工程建設總公司 李 軍

智能化系統(tǒng)防雷措施

文│中石化中原石油勘探局工程建設總公司 李 軍

隨著智能化系統(tǒng)在住宅小區(qū)及企事業(yè)單位中的廣泛應用，大量高精度富含CMOS集成元件的設備進入百姓生活。這些設備耐過電壓和耐過電流能力極低，無法保證在特定的空間里遭受雷擊還能正常運行；并且各系統(tǒng)多包含大量的電子設備和計算機系統(tǒng)，這些電子設備和計算機系統(tǒng)通常耐電壓等級低，抗干擾能力差，最怕遭遇雷擊，一旦遭遇雷擊，直接影響到該區(qū)居民的安全及企事業(yè)單位工作的正常進行。因此采用具有可靠性避雷措施至關重要。本文簡要論述一套完整而易于操作的防雷系統(tǒng)及其運行維護注意要點供參考。

1 雷電波入侵的常見途徑

1.1 雷電直接擊中計算機網(wǎng)絡物理線路

（1）落雷點為電源高電壓側。雷電沿供電線路侵入到計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)供電部分，產(chǎn)生過電流與過電壓，造成網(wǎng)絡供電系統(tǒng)的UPS電源損壞、斷電，致使整個系統(tǒng)癱瘓。

（2）雷電直擊網(wǎng)絡無線通信的天線，沿饋線進入計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，造成通信接口、接收系統(tǒng)、室內單元、路由器等網(wǎng)絡主要通信設備損壞。

（3）雷擊網(wǎng)絡通信有線線路（如光纜、DDN、幀中繼、x25專線、電話線），產(chǎn)生強大的機械力、猛烈的沖擊波和熾熱的高溫使通信線路損壞；過電壓和過電流沿通信有線線路侵入到網(wǎng)絡系統(tǒng)內，造成路由器、交換機及前端設備的損壞。

1.2 感應過電壓

1.2.1 回路感應過電壓

由于網(wǎng)絡系統(tǒng)在建筑物內大量布設各種導體線路(如電源線、數(shù)據(jù)通信線、天饋線），導致網(wǎng)絡結構錯綜復雜，在建筑物內部的不同空間位置上構成許多回路。當建筑物遭雷擊或鄰近地區(qū)雷電放電時，將在建筑物內部空間產(chǎn)生脈沖暫態(tài)磁場，這種快速變化的磁場交叉連接這些回路后，將在回路中感應出暫態(tài)過電壓，危及與此回路相連接的電子設備。

網(wǎng)絡通信線路上感應過電壓又分為靜電感應與電磁感應。

靜電感應主要是指架空線路位于雷擊點附近，由雷云團在先導通道中充滿電荷，對架空線產(chǎn)生靜電感應作用累積大量相反電荷，當雷云主放電開始，雷云中電荷迅速中和，從而使架空線上原先被束縛的電荷迅速釋放，形成暫態(tài)過電壓波。這種波以接近光速向架空線兩側傳播，侵入線路兩端連接的網(wǎng)絡設備將其損壞。

電磁感應則是當雷電直接擊在避雷針避雷帶上時，由于雷電流幅值大，波頭陡度高，會在雷電流的通道附近產(chǎn)生一個很強的瞬變磁場。強大的磁場將直接在電源線或網(wǎng)絡通信線路上感應出過電壓，侵入到網(wǎng)絡系統(tǒng)中，損壞網(wǎng)絡設備。高強度（30kA雷電流）雷電放電可以對距離雷擊點1km范圍內網(wǎng)絡系統(tǒng)產(chǎn)生影響，甚至造成系統(tǒng)設備損壞。據(jù)統(tǒng)計，電磁感應雷擊事故占計算機雷擊事故的70%。

1.2.2 耦合與轉移過電壓

雷擊引起的暫態(tài)高電壓或過電壓常常會通過網(wǎng)絡線路耦合或轉移到網(wǎng)絡設備上，造成設備的損壞。

1.3 雷擊地電位抬高入侵

建筑物在遭受直接雷擊時，雷電流將沿建筑物防雷系統(tǒng)中引下線和接地體入地，在此過程中，雷電流將在防雷系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)高電壓，如果引下線與周圍網(wǎng)絡設備絕緣距離不夠且設備與避雷系統(tǒng)不共地，將在兩者之間出現(xiàn)很高的電壓差，并會發(fā)生放電擊穿，導致網(wǎng)絡設備嚴重損壞，甚至威脅人身安全。

2 計算機網(wǎng)絡設備抗干擾能力分析

計算機及網(wǎng)絡設備由大規(guī)模集成電路組成，抗干擾能力弱，雖采取了許多抗干擾措施，對低能量干擾比較有效，但對雷電電磁脈沖生成的過電壓和過電流的抗干擾比較薄弱，對浪涌或雷電磁脈沖特別敏感，僅十幾伏的電壓就可通過電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸線等途徑毀壞計算機主板、RS232 口、多功能卡、網(wǎng)絡設備。

3 防雷措施

3.1 控制中心

（1）控制中心機房所在建筑物總電源安裝三相電涌保護器，如REP-D380B7C，通流容量60kA，帶雷擊計數(shù)器；控制中心機房總開關安裝三相電涌保護器，如REPD380B7B，通流容量40kA；UPS電源前端安裝UPS專用電涌保護器，如REPD220UPSD，功率≤7kVA，串聯(lián)，帶LC濾波。

（2）各部分網(wǎng)絡端口采用電腦網(wǎng)絡避雷器，如REP-X06-RJ45-E100，用于網(wǎng)絡線路防雷。

（3）交換機柜安裝單相交流電源避雷器（串聯(lián)，通流容量20kVA），如REPD220B3A。

（4）接地處理：所有避雷器均利用其現(xiàn)有接地設施，不再加地網(wǎng)（依抽樣檢測地阻結果，接地電阻均可達到要求）。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防雷設計應考慮環(huán)境因素、雷電活動規(guī)律、系統(tǒng)設備的重要性、發(fā)生雷災后果的嚴重程度，分別采取相應的防護措施。

（1）在進行綜合防雷設計時，應堅持全面規(guī)劃、綜合治理、優(yōu)化設計、多重保護、技術先進、經(jīng)濟合理、定期檢測、隨機維護的原則，進行綜合設計及維護。

（2）監(jiān)控綜合防雷系統(tǒng)的防雷設計應采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、啟用接地系統(tǒng)和安裝電涌保護裝置等措施進行綜合防護，必須堅持預防為主，安全第一的指導方針。

（3）監(jiān)控綜合防雷系統(tǒng)應根據(jù)所在地區(qū)雷暴等級和雷電防護區(qū)的設備放置，采用相應的防護標準。

攝像頭：單回路、布線較近攝像頭視頻線路采用視頻信號避雷器，如REP-GVD；采用編碼控制方式、布線較遠攝像頭采用控制線路避雷器，如REP-X04-ZX；攝像槍電源線路均安裝攝像槍專用電源避雷器，如GVD-220VAC或GVD-12VDC；對于12V電壓取電較遠的攝像槍，安裝如GVD-12VDC；對于12V電壓取電較近（不超出5m）的攝像頭，安裝如GVD-220VAC。

道閘LED電子顯示屏：每個崗亭總電源處安裝單相交流電源避雷器一個，如REPD220B3；每個道閘安裝一個模塊式串聯(lián)避雷器，如REP-D116；每臺電腦中心連接的5類線均安裝一個電腦網(wǎng)絡避雷器，如REPX06-RJ45-E100；每個LED顯示屏安裝一個單相串聯(lián)避雷器，如REP-D220B3。

3.3 門禁一卡通系統(tǒng)防雷方案

（1）門禁讀卡機：讀卡機系統(tǒng)的門禁和主機電源線路安裝通流量為10kA單相電源避雷器，如REP-D116；門口機和主機的通信線路兩端安裝通信線路避雷器，如REP-X04-ZX2。

（2）無線對講系統(tǒng)：對講機天線安裝同軸線路避雷器，如REP-G400。

（3）有線對講系統(tǒng)：有線對講系統(tǒng)安裝音頻線路避雷器，如REP-X04-AU，只在對講主機一端安裝避雷器。

4 運行維護

（1）避雷器安裝之后，應檢查所有接線是否正確安裝，然后運行測試，看系統(tǒng)和設備是否正常工作， 有無異常情況，如有，應及時檢查，直至整個系統(tǒng)均正常運作。

（2）每年雷雨季節(jié)前應對接地系統(tǒng)進行檢查和維護，主要檢查連接處是否緊固、接觸是否良好、接地引下線有無銹蝕、接地體附近地面有無異常，必要時應挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況，如果發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。

（3）接地網(wǎng)的接地電阻每年進行一次測量。

（4）每年雷雨季節(jié)前應對運行中的避雷器進行一次檢測，如檢測發(fā)現(xiàn)異常應及時處理；雷雨季節(jié)中要加強外觀巡視，若發(fā)現(xiàn)問題應及時采取措施。