压敏电阻在防雷系统中的运用


不论是在工作、生活还是私人领域,我们对电气和电子产品的依赖性越来越高。在公司、单位,数据网络是进行实时信息交换的重要命脉,需要有可靠运作的传输途径。

 

    “防雷”已经成为这两年来的热门话题。随着电子产品的发展及普及,依据保险公司有关数据资料统计,直接或间接雷击对设备造成的损失越来越大。当前,工业设备、通讯装置、交通设施、金融机构以及建筑物等遭受雷击而导致设备损坏、甚至威胁到人身安全。

 

    雷击产生的原因

 

    雷击是一种自然现象,它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。一直以来,致力于电力生产和电力设备研究的人员通过对雷击破坏性的研究、探索,对雷电的危害采取了一定的预防措施,有效地降低了雷害。

 

    当雷电放电路径不经过防雷保护装置时,放电过程中产生强大的瞬变电磁场在附近的导体中感应到强大的电磁脉冲,称感应雷。感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体。一种是在雷云中电荷积聚时,附近导体会感应相反的电荷,当雷击放电时,雷云中电荷迅速释放,而导体中的静电荷在失去雷云电场束缚后也会沿导体流动寻找释放通道,就会在电路中形成静电感应,其次是在雷云放电时,迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场,附近的导体中就会产生很高的感生电动势,在电路中形成电磁感应,感应雷沿导体传播,损坏电路中的设备或设备中的器件。信息系统中系统接口多,线路长,给感应雷的产生、耦合和传播提供了良好环境,而信息系统设备随着科技的发展,集成度越来越高,抗过电压能力越来越差,极易受感应雷的袭击,并且损害的往往是集成度较高的系统核心器件,所以更不能掉以轻心,感应雷可以来自云中放电,也可以来自对地雷击。而信息系统与外界连接有各种长距离电缆可在更大范围内产生感应雷,并沿电缆传入信息系统。所以防感应雷是电力系统特别是微电子技术应用比较广泛的变电站综合自动化系统内,因而信息系统防雷是电力系统保证安全的重点。

 

    如何选择好的对的防雷器

 

    电脑网络和通讯设备越来越精密,其工作环境的要求也越来越高,而雷电以及大型电气设备的瞬间过电压会越来越频繁的通过电源、天线、无线电信号收发设备等线路侵入室内电气设备和网络设备,造成设备或元器件损坏,人员伤亡,传输或储存的数据受到干扰或丢失,甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪、系统停顿,数据传输中断,局域网乃至广域网遭到破坏。其危害触目惊心,间接损失一般远远大于直接经济损失,所以选择好的对的防雷器至关重要。

 

    1、首先要搞清楚自己的配电系统,是TTTN还是IT系统?因为定了配电系统,我们才能确定单相,三相,接线方式等,以此选择合适的防雷产品,我国多数配电系统都为TN-S方式。

 

    2、防雷产品中的主要材料是氧化锌压敏电阻,其材料的品质和工艺水平的高低对产品遭受雷击时是否能产生预期的保护作用有直接的影响,所以你在选择防雷器时一定要了解厂家的压敏电阻的来源。

 

    3、确定防雷器的几个重要参数:

 

    ☉标称电压Un:被保护系统的额定电压相符,在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型,它标出交流或直流电压的有效值。

 

    ☉额定电压Uc:能长久施加在保护器的指定端,而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。

 

    ☉额定放电电流Isn:给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击10次时,保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

 

    ☉最大放电电流Imax:给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时,保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

 

    ☉电压保护级别Up:保护器在下列测试中的最大值:1KV/μs斜率的跳火电压;额定放电电流的残压。

 

    4、防雷器价格和品牌可能是你最关心的问题了。许过人盲目的追求国外品牌,其实外国的许多知名防雷器也是在中国贴牌加工的,只要国内厂家的产品的功能能与它媲美,而且价格又比它实惠那么多,你为什么不可以选择国内自主生产的呢?当然,也不是选价格低的就好,你可以在同行业比较显眼的几家公司询问下价格,你就应该明白此类产品具体的价位是个什么样子的了,如果偏离中性价格太低,那这种产品我想你不买也罢,在做比较后的”一分钱一分货”的道理我们还是应该认同的。

 

    监控系统的综合防雷

 

    1、前端设备的防雷

 

    前端设备有室外和室内安装两种情况,安装在室内的设备一般不会遭受直击雷击,但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害,而室外的设备则同时需考虑防止直击雷击。

 

    前端设备如摄像头应置于接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内。当摄像机独立架设时,避雷针最好距摄像机3-4米的距离。如有困难避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上,引下线可直接利用金属杆本身或选用Φ8的镀锌圆钢。为防止电磁感应,沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽。

 

    为防止雷电波沿线路侵入前端设备,应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器,如电源线(220VDC12V)、视频线、信号线和云台控制线。

 

    摄像机的电源一般使用AC220VDC12V。摄像机由直流变压器供电的,单相电源避雷器应串联或并联在直流变压器前端,如直流电源传输距离大于15米,则摄像机端还应串接低压直流避雷器。

 

    信号线传输距离长,耐压水平低,极易感应雷电流而损坏设备,为了将雷电流从信号传输线传导入地,信号过电压保护器须快速响应,在设计信号传输线的保护时必须考虑信号的传输速率、信号电平,启动电压以及雷电通量等参数。

 

    室外的前端设备应有良好的接地,接地电阻小于4Ω,高土壤电阻率地区可放宽至<10Ω。

 

    2、传输线路的防雷

 

    监控系统主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的电源可从终端设备处引入,也可从监视点附近的电源引入。控制信号传输线和报警信号传输线一般选用芯屏蔽软线,架设(或敷设)在前端与终端之间。

 

    GB50198-1994规定,传输部分的线路在城市郊区、乡村敷设时,可采用直埋敷设方式。当条件不充许时,可采用通信管道或架空方式,此时规定了传输线缆与其它线路其它线路其沟的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距

 

从防雷角看,直埋敷设方式防雷效果最佳,架空线最容易遭受雷击,并且破坏性大,波及范围广,为避免首尾端设备损坏,架空线传输时应在每一电杆上做接地处理,架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。

中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。

 

传输线埋地敷设并不能阻止雷击设备的发生,大量的事实显示,雷击造成埋地线缆故障,大约占总故障的30%左右,即使雷击比较远的地方,也仍然会有部分雷电流流入电缆。所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设,保持钢管的电气连通。对防护电磁干扰和电磁感应非常有效,这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。如电缆全程穿金属管有困难时,可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入,但埋地长度不得小于15米,在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。

 

3、终端设备的防雷

 

在监控系统中,监控室的防雷最为重要,应从直击雷防护、雷电波侵入、等电位连接和电涌保护多方面进行。监控室所在建筑物应有防直击雷的避雷针、避雷带或避雷网。其防直击雷措施应符合GB50057-94中有关直击雷保护的规定。进入监控室的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。架空电缆线直接引入时,在入户处应加装避雷器,并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。

 

监控室内应设置一等电位连接母线(或金属板),该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。各种电涌保护器(避雷器)的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。

 

由于有80%雷击高电位是从电源线侵入的,为保证设备安全,一般电源上应设置三级避雷保护。在视频传输线、信号控制线,入侵报警信号线进入前端设备之前或进入中心控制台前应加装相应的避雷保护器。

 

良好的接地是防雷中至关重要的一环。接地电阻值越小过电压值越低。监控中心采用专用接地装置时,其接地电阻不得大于4Ω。采用综合接地网时,其接地电阻不得大于1Ω。

总结

 

雷电对安全监控系统的损害途径是多方面的。防雷保护是一个比较复杂的问题,对安全监控系统的防雷保护设计不仅取决于防雷装置的性能,更重要的是在监控系统的设计施工之前,就要考虑到监控系统所处的地理环境,设计合适的线缆布放方式、屏蔽及接地方式。总之,防雷保护设计应综合考虑,才能获得良好的效果。



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