防雷方案

电视台(站)雷电解决方案

时间:2019/7/24 14:45:00  作者:互联网  来源:转载  查看:120  评论:0
内容摘要:一、雷电概述雷电是一种极具破坏力的自然现象,其电压可高达数百万伏,瞬间电流更可高达数百千安。千百年来,雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km半径的范围内都可能产生危险过电压,损害线路上的设备。在...

一、雷电概述
雷电是一种极具破坏力的自然现象,其电压可高达数百万伏,瞬间电流更可高达数百千安。千百年来,雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km半径的范围内都可能产生危险过电压,损害线路上的设备。在联合国国际十年减灾委员会公布的对人类造成最严重危害的十大自然灾害中,雷暴由于其对人类生命、财产的巨大侵害,被列在了显著的地位。
近些年来,伴随着高新技术的发展,尤其是电子技术的飞速发展,各种先进的测量、保护中心、电信和计算机等电子产品正日益广泛的应用于各行各业中,人类对电子产品尤其是计算机设备的依赖越来越严重。而电子元件的微型化、集成化程度越来越高,各类电子设备的耐过电压能力下降,造成雷电和过电压破坏的比例呈上升的趋势。美国研究报告[AD-722675]指出:当雷电活动时,磁感应强度达到0.07GS时,无屏蔽的计算机会发生误动作,当磁感应强度超过2.4GS时,计算机将发生永久性损坏。也就是说,按安培环路定理估算,离无屏蔽的计算机800m处落一个100kA的雷,计算机就可能发生误动作,距其83m处落一个100kA的雷,就要损坏。这些须实时运行而因中断造成设备的瘫痪,必会带来不可估量的直接或间接经济损失。对于金融、证券、医疗、保险、航空、航天、国防、广电等国家重要关键部门尤其是这样,根据统计,雷电对微电子设备的破坏而造成的损失,远远超过雷击火灾的损失,已成为当今电子时代的一大公害。因此,如何设置防雷措施和接地,如何保障通信设备运行完好及人身安全,以及如何有效抑制雷击过电压和电磁干扰成为一个全新的课题,也是大多数信息中心技术人员迫切需要解决的问题。
中国作为雷电多发区,每年遭雷击死亡数百人,伤几千人,直接经济损失达几十亿元,而且全世界每年的雷害损失逾100亿美元。统计资料显示: 80%以上的雷害损失是由雷击电磁脉冲造成的。因此,对雷电的防护,尤其是雷击电磁脉冲的防护,已成为人们重点关注和防范的课题。我们不能带有任何的侥幸心理,若因雷击而导致生命和财产的重大损失是很难用时间和金钱来弥补的,因此针对雷电防护的专项工程应是刻不容缓的。
因此,为确保通信设施、计算机信息系统等微电子设备的运行安全,最大限度地降低雷电灾害给人们造成的直接和间接损失,国家、地方的相关部门相继出台了《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》、《电子设备雷击保护导则》、《山东省计算机信息系统安全管理办法》和公安部《信息系统雷击电磁脉冲防护办法》等多项规定,要求各级部门切实做好对微电子设备的防雷措施,以免造成重大损失。
二、雷电侵入设备的途径
直接雷击:指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上,由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用,直接摧毁建筑物、构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应,有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。
根据建筑物防雷设计规范GB50057-94估算,雷电直接击中建筑物,雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地,另外50%的能量将通过建筑物的供电系统、
通信网络线缆以及建筑物的其他金属管道、缆线分流。
  传导雷(雷电波侵入):在更大的范围内(几千米甚至几十千米),雷电击中电力或信息通讯线路,然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种:雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面,导致地电压升高,并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵到建筑物内部设备形成地电位反击。
感应雷击(又称二次雷击):指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导线路上产生感应电压,该电压通过传导体传送至设备,间接摧毁微电子设备。在周围1000m左右范围内(有资料为 500m或 1500m,距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化)发生雷击时,LEMP(电磁脉冲)在上述有效范围内,在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。
三、方案设计原则
由于电子设备雷电防护系统对所保护系统的业务正常运行具有非常重要的作用,因此,雷电防护系统应具备先进性、可靠性、易维护、易升级等方面的突出特性。防雷工程设计及设备的选择应遵从以下的原则:
1.可靠性原则
设计系统雷电防护工程应最先考虑的问题就是可靠性。防雷保护技术是不断发展变化的,所选产品必须符合国际标准、国家标准及行业标准。这样才能对网络的未来发展提供保证。
2.先进性、可扩充性原则
采用当今国内、国际上最先进和成熟的技术,使新建立的系统能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务发展变化的需要,从目前国内发展来看,系统总体设计的先进性原则主要体现在以下几个方面:
采用的系统结构应当是先进的、开放的体系结构;
采用的技术应当是可扩充的,能满足今后日益扩充的需要。
3.经济实用性原则
本着一切从用户实际角度出发,配置防雷保护系统的目的,在保证系统的正常运行下,整个防雷保护的建设要坚持实用为主,根据投资的强度结合实用价值,应尽可能选择可靠性高,可维护性好的性能价格比高的产品,以便节省投资,以最低成本来完成系统设备雷电防护的建设。
四、方案设计思想
一个完整的防雷系统包括两个方面:直接雷击的防护和感应雷击的防护。
直接雷击的防护主要使用避雷针、避雷网(带)、避雷线和接地系统。它直接接闪,牺牲自己保护建筑物。要求保护范围能保护到整个建筑物,且接地要良好。
感应雷击的防护主要使用感应雷击防雷器。建筑物本身防雷状况良好的同时,并不能保证建筑物内部电子设备不受影响。而且,往往是因为避雷针(或避雷带)遇到雷击,雷电流沿引下线泄放到大地时,电源线路、信号线路被感应雷电而产生瞬态过电压,进而损坏设备。一般来说,雷击过电压对楼内部设备的损害主要有以下三个途径:
① 进出建筑物的电源线和通信线缆等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线路侵入室内。
② 雷电流沿建筑物引下线入地时,在引下线周围产生磁场,引下线周围的供电线路、信号通道电缆等各种金属管线上,经感应而产生过电压。
③ 直击雷经过接闪器(如避雷针、避雷带、避雷网等)入地时,导致地网地电位上升,高电位由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。
因此,我们必须对以上三种途径入侵的雷电压及过电流采用等电位连接、分流、接地、屏蔽和过电压保护等方法进行防护,并应把电源线、天馈线,网络线进入的端口或变电室的低压侧作为一级防护,楼层配电箱应作为二级防护,设备前端作为三级防护,把雷电压达到其设备端子的残压控制在电子设备不被雷电损坏的范围之内。
五、 设计依据
        GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》(2000年版)
        GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
        GA267-2000《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》
        IEC 61024 《建筑物防雷》
        GB/T 50314-2000《 智能建筑设计标准》
        YD/T926-1~3(2000)《大楼综合布线总规范》
        GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》
        GB2887—89《计算机场地安全要求》
        GB50198-94《民用闭路监视电视系统国内工程技术规范》
        GB50174-93《电子计算机机房设计规范》
        GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》
六、防雷方案
1、直击雷防护
(一)发射天线塔和建筑物防雷措施
无论广播电视发射台或微波站都设有发射天线或天线塔,一般铁塔和天线位置是台站地面建筑的最高点。天线塔本身既可成为防雷的避雷塔,也可能变成“引雷器”或产生感应雷的导体,因此,它是台站防雷的第一关。
(1)按照国家94年颁布的《建筑物防雷设计规范》(GB50057—94)及其它标准设置好天线塔避雷针。铁塔接地网形状,密度可根据地形、防雷等级、天线塔种类来设计。重要发射台或微波枢纽站天线塔接地电阻要≤5欧。一般台站要≤10欧。条件允许的台站可安装AR限流避雷针。
(2)认真计算天线塔避雷针的保护范围并留有充分余地,当其它建筑物不在保护范围时,可考虑设计多支(等高或不等高)避雷针保护方案。在一些地形突出的高山发射台(站),带雷云层又低时,天线塔避雷针防雷是有限的。可采用设置避雷针和消雷器相结合的方案(消雷器在石岭关微波站安装后收到很好的效果),并且在房顶女儿墙、房角或利用围墙、栅栏装设闭合的避雷带、均压网。引流线应视建筑物结构和布局进行设计。一般说,均压网格不宜大于5M。均压网、避雷带应接有多根引流线,在建的房屋可考虑与建筑结构内的钢筋良好连接。
(二)一般情况下,建筑物安装有避雷针或避雷带、避雷网,但是雷电的活动规律是,对于发生过雷击的地点和入侵通道,下次雷击时,更容易再次遭受雷击。如果外部防雷某一个环节做的不好,就会影响整体的防雷效果。如果外部防雷不能担负直击雷防护的任务,那么它将是一个“引雷工程”,而不是“防雷工程”,设备反受其害。直击雷防护的完善与否,关系到感应雷防护的基础是否牢固。因为直击雷防护是感应雷防护的基础。
在直击雷比较完善的情况下,电视台部分设备仍然遭受雷电流的光顾,足以说明,防雷是一项系统工程。它包括屏蔽、等电位联结、安装浪涌保护器等等措施。全方位的防护中,感应雷的防护不可或缺啊。
二、电视台发射台感应雷的防护
感应雷的防护主要包括电源系统、天馈信号系统,计算机网络系统的防护,等电位连接以及接地等。根据新乡县电视台发射台的情况需求,主要针对电源和天馈,网络进行防护,同时为了均衡雷电流对于设备的冲击,等电位联结的措施必不可少。以下是详细介绍:
(一)电源系统的防雷及过电压保护
据统计,雷击事故中,从电源线路侵入感应过电压损坏设备占较大比例。所以电源的防护是所以设备防护的根本和基础条件,没有电源的安全防护,其他的措施都是舍本逐末。鉴于电视台有过雷击损坏设备的先例,所以对于系统的保护理应提高些防护等级。为实现多级配合,要计算各级SPD之间的能量配合,选用合适器件,拟对电源分为四级保护,使浪涌过电压逐级泄放入地。
A  按照分级泄放原理,第一级防雷可在总配电箱端加装1套电源三相一级高能量防雷器SPD1,使大部分雷电能量在此泄放。
B.在发射设备室的配电柜内安装1套电源单相第二级防雷SPD2。
C.在在发射设备的开光前端安装1套电源第三级防雷SPD3。
D.室内所有设备的插座全部更换为具有防雷功能的插座作为第四级防护SPD4。
以上措施将有效防止雷电流从电源线路上侵入并损坏设备。但是不能保证计算机网卡等信号方面的雷击的发生。所以,还需要进一步对网络,天馈信号系统的线路进行防护。
(二) 网络信号系统的防雷与过电压保护
雷击发生时产生的巨大瞬变电磁场,在1Km范围内的金属环路内均会产生感应雷电流,另建筑物在避雷针(带)接闪雷电时,在雷电流通过防雷引下线对地泄放同时,也会对建筑物内的网络金属环路产生雷电电磁脉冲,形成线路感应过电压,易造成终端设备端口的损坏,严重影响网络系统的正常运行。
机房内的信号防雷主要是针对网络交换机的防护,网络交换机根据端口的不同分为千兆交换机和百兆交换机,千兆端口采用千兆网络信号防雷器,百兆端口采用百兆网络防雷器,分别串接在交换机端口的前端,使雷电入侵波在端口前端通过防雷器泄流入地,保护端口的安全。
    电脑、交换机等的网口根据传输率速率的不通分别采用单口千兆网络防雷器和百兆网络防雷器进行防护。
网络信号的防护措施及产品选型如下
A.在编辑室的24口网络交换机前端串接带有两级防护的网络防雷器。
B. 计算机单机的双绞线线路上可在网卡的水晶头前端串接单口网络防雷器。
(三)天馈信号系统的防护
1.室外引入线防雷措施
室外引入线是指台(站)内各种发射设备馈线、吊馈管的钢绞线及波导固定架、铁塔过桥和塔灯电源线、各类管道、各种视音频信号线、通信线等。在雷电天气,引线外皮很容易将感应雷或感应电压引入机房,必须采取措施进行电气阻塞。
(1)保证馈管两端良好接地。馈管在进入机房前,外皮还要就近与地网连接,吊馈管钢绞线、固定架、过桥每隔一定距离逐点接地。
(2)各种引线要使用屏蔽电缆,进入机房前屏蔽层应就近与地网连接。引线较长或条件允许时,进入机房前水平埋入地下,长度最好在10M以上。若无屏蔽电缆,可将引线穿入铁管,按上述要求埋入地下。引入机房的电缆中如有不使用的芯线,也应在两端良好接地。
2、室内设施的防雷措施
(1)机房内根据设备摆放情况,用铜皮铺设地网,通过多点与室外地网良好连接,从而营造等电位环境。
(2)根据国标GB7450—87《电子设备雷击保护导则》和实际情况,科学的、有重点的采用防雷保护元件对电子设备进行保护。
对于以上这些设备根据实际参数及接口形势来选择相对应的防雷保护器,
(3)机房内屏蔽接地、机壳接地、电源接地(中性线、零线)、工作电路接地、保安接地、过压保护接地等要统一、就近与机房共用地网可靠的电气连接。高山台站把机房铝制门窗、暖气管、水管、走线架等各种导体就近与母线或地网连接。
  3. 等电位连接措施
电视台的办公楼处在180米的信号塔保护之下,遭受直击雷的可能性极小。但是信号塔实际是个“引雷工程”,它在将强大的直击雷电流泄放到地下的同时,会产生方圆20公里内的感应雷辐射。电视台的办公楼窗户没有屏蔽接地,这对于室内的设备来说就相当于半露天了。所以室内的微电子设备,尤其是电脑的网卡,经常遭受感应雷的破坏。
基于以上情况,我们首先有两点建议:1、建议我们的窗户全部安装金属屏蔽网,以减少电磁感应从窗口侵入室内设备,最次也应加装网格较密集的金属防盗网,并在其连接后接地。2、建议我们室内所以设备尽量远离窗户,靠近楼道的墙壁。对于躲避感应雷的危害有一定效果。
同时,还要对室内设备采取M型或者S型等电位联结措施。这有助于消除静电和电磁感应对设备和人的危害。该措施将用到大量的多股铜绞线和铜排作为等电位连接材料。



相关评论
评论者:      
总   机:0532-84965858       传  真:0532-84856888          
联系人:王经理(营销总监)手机:13505321586 工厂地址:中国•青岛市周口路100号(高新技术产业基地)鲁ICP备11001230号
Powered by OTCMS V2.2