弱电系统接地与防雷说明，弱电设备防雷电危害与抗干扰研究

弱电系统接地与防雷说明，弱电设备防雷电危害与抗干扰研究2.2 增设室外监控摄制机的避雷针并加装好其可靠有效的接地装置针对这些情况的主要的防范措施是:事后 金安广场管理处聘请笔者对该广场防雷设施进行了全面的检查 并主持了该广场防雷设施的重新设计和改造工程 在原安装的摄像头基本都损坏的情况下，笔者着手对整个系统进行整改，增加了相当部分弱电防雷设施，并在以后多个弱电工程项目中加以推广应用，取得了一定的效果，受到该管理处的好评。笔者就该部分弱电设备（特别是闭路电视监控系统）防雷所做工作和对弱电抗干扰实验研究及其所采取的相关技术措施进行介绍。2.1 对可能遭受雷电袭击造成弱电监控设备损坏的几种可能性进行研究与分析笔者认为安装在金安广场室外监控摄制机遭受直击雷袭击的可能性很大，但这种威胁也可能通过电源或信号线危害到室内弱电设备。

随着我国国民经济的快速发展 建筑物内智能化弱电设备的使用越来越广泛，虽然建筑物内设备在建筑物避雷针的保护下一般可避免直接遭受雷击，但“感应雷”在闭路电视监控、网络、电话、卫星接收天线、有线电视等与外部电线上仍可以产生较高的感应电压 该感应电压只是短暂的一瞬间 但其峰值足够使各种弱电设备受到损害或者严重干扰而失去正常性能。

原因是一般建筑物的电气设计对强电设备的防雷系统考虑得比较周到，而对弱电系统的防雷大多数不重视，加上目前一般弱电系统由另一承包商来完成，而防雷多由主体建筑承建商的分包来完成，多个施工单位交叉作业一般比较难协调好，就容易造成建筑物内弱电系统防雷成为薄弱点 因此加强弱电设备的防雷害措施也同样应该得到重视。

1、引言

深圳宝安金安广场(以下称金安广场)曾遭遇受一次严重的雷电袭击，其监控中心机房设备及部分闭路电视的摄像机均因雷电而遭致损坏，该广场虽有防雷网、避雷针等设施 但对弱电设备几条无采取任何防护措施 这便是造成这次事故的原因。

事后 金安广场管理处聘请笔者对该广场防雷设施进行了全面的检查 并主持了该广场防雷设施的重新设计和改造工程 在原安装的摄像头基本都损坏的情况下，笔者着手对整个系统进行整改，增加了相当部分弱电防雷设施，并在以后多个弱电工程项目中加以推广应用，取得了一定的效果，受到该管理处的好评。笔者就该部分弱电设备（特别是闭路电视监控系统）防雷所做工作和对弱电抗干扰实验研究及其所采取的相关技术措施进行介绍。

2、雷击弱电设备的成因及防护措施的原理分析

2.1 对可能遭受雷电袭击造成弱电监控设备损坏的几种可能性进行研究与分析

• 2.1.1 若雷电直接击中弱电外部设备上，因电效应、热效应和机械力效应等直接可导致损坏弱电的外部设备。
• 2.1.2 雷电在对地放电时会在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、接地系统地线上产生静电和电磁感应电压，当感应电压高达一定程度并串到弱电回路中同样也会损坏弱电的设备。

笔者认为安装在金安广场室外监控摄制机遭受直击雷袭击的可能性很大，但这种威胁也可能通过电源或信号线危害到室内弱电设备。

针对这些情况的主要的防范措施是:

2.2 增设室外监控摄制机的避雷针并加装好其可靠有效的接地装置

• 2.2.1 在弱电设备的电源、信号端加装类似限压、泄流的避雷装置以减少其危害。
• 2.2.2 金安广场楼台顶虽有避雷针、避雷带、接闪器在接雷后通过接地网的引下线把雷电引入大地，虽然保护了楼房，但这一同时也产生了很大的瞬变的电磁场，该瞬变的电磁场产生的电磁脉冲波辐射对附近的弱电设备也是会产生的致命性的破坏。

2.3 针对雷电危害的第三种情况，防雷的措施主要是采用相应的屏蔽、隔离及限压手段等，以减少其危害程度

• 2.3.1 由于雷击大地或接地体，使得无雷击时处于低电位的接地装置的地电位上升，就可能波及附近的电子设备，形成电位差使各设备损坏。当雷电发生时，建筑物接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，这时特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求并使其电位升高时，就会对各弱电设备构成严重的危害。
• 2.3.2 减少这种危险最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体用等电位连接起来，一直到接地装置，也就是将室内的金属设施、电气装置和电子设备等都进行等电位连接，将各个内层保护区的界面处局部等电位连接，并最后与等电位连接母线排相连。
• 这样做法达到要求后，即使是在闪电电流通过时，室内的所有设施立即形成一个“等电位岛”，可保证导电部件之间不会产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。
• 2.3.3 大家知道 雷电流是一种频率极高的高频脉冲电涌，通常其频率大于是1MHZ，持续是时间不超过100us 也就是说防雷等电位是高频等电位连接 它显然不同于防电击工频50HZ等电位联结线 不可忽视其连接线对其产生的电抗 此时电抗的作用远远大于其电阻，其原因是由于交变电流不同于直流电流 前者在导体中流动时 其分布是不均匀 其在导体表面电流密度较大 越靠近导体中心 电流密度越小 这便是通常所讲的交变电的集肤效应(又称趋肤 效应)。
• 此效应随频率和截面的增大而更加明显 由于此集肤效应的影响电流基本上在导体或导线表面流动 所以要求防雷等电位连接线应具有足够的截面积和表面积。例如当采用铜带做连接线时 要求其宽厚比大于或等于5 此外还要求连接线的走线尽量短直 各导体间应考虑做多次做相互连接，应尽量利用建筑物内大量的金属构件或金属管道作连线的并联通路 在选择连接线时要考虑的此问题。

采取上述措施后，就可以有效地降低防雷等电位连接系统的高频阻抗 基本上达到目的。

总之，完善的等电位连接可以减少雷电电流入地时造成的地电位升高所产生的反击产生的可能性，对各弱电设备的防雷是极其有效的措施。　

通过现场分析得出结论，金安广场的室外摄像机的损坏是多半是因为遭受直击雷袭击而损坏 而机房内主机设备的损坏则由于电磁感应相伴的冲击过电压和过电流沿着电源线或信号传输线，侵入弱电设备后所导致的可能性要大一些。

3．有针对性地探讨防雷方案

大家都知道弱电系统（包括闭路电视监控系统）防雷是一项综合性工程，该金安广场已设计施工完成的防雷系统初步检查也基本安装到位。考虑到金安广场的多数闭路电视监控摄像机长年安装在室外立柱上，又远离该广场大楼，就是个别有靠近大楼处安装，也不在金安广场大楼的避雷装置的保护范围内，所以不能抵挡直击雷的入侵，为此在防雷方案中要对其加以补救措施。

建筑物内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的，主要以空间屏蔽、等电位连接、减少接近耦合、限压保护等措施，通过在需要保护设备的前端安装合适的，即过电压保护，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体，将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入大地。

检查现场，此内容的防范措施在金安广场的弱电设备中原根本就没有考虑进去，所以必须对其加装.有了理论依据，采取一系列具体措施都是围绕上述原理所展开的。

4、弱电设备防雷具体方法与主要部件选用

4.1 弱电设备在电源方面的防雷措施

• 4.1.1 在弱电监控主电源的配电房低压输出端并联安装一套B级电源防雷箱CP100B/B4（深圳生产），用于监控机房整体设备的电源的防雷初级保护；
• 4.1.2 在监控机房电源总进线处或者UPS处，采用并联安装一套电源二级防雷箱CP40B/B2（深圳生产）， 作为中心机房内设备的电源第二级防雷保护；
• 4.1.3 在监控机房内重要设备电源进线处 采用串联安装电源第三级插座式防雷器CD010-6（深圳生产）措施，作为室内设备的电源末级防雷保护，形成了第三级防雷保护。

其中CD010-6（深圳生产）是用于监控机房硬盘录像机等设备的电源末级防护，其目的是将雷电及其他浪涌电压限制到对设备没有损害的水平，同时还可对日常发生的电源系统操作过电压、电源高次谐波等也具有限制和保护作用，可以延长设备的正常使用寿命，减少运行维护成本。

4.2 对弱电设备的传输信号线加装防雷措施

为更好的保护其它弱电设备不受雷电的侵袭，应对监控系统及其它弱电设备两端作有效的防雷保护，采取的具体措施如下为:

• 4.2.1.机房内对输出视频信号设备的视频线出线端子加装视频信号防雷器，根据金安广场的摄像头连接
• 形式、线路特性阻抗、工作电压等参数 笔者选用插入损耗小、驻波比小的CS12L/BNC（深圳生产）防雷器。在硬盘录像机的视频信号线都安装视频信号防雷器。
• 4.2.2．机房内输出控制信号的控制线出线端部也加装控信号防雷器，根据金安广场的闭路电视监控的编、解码连接形式、线路特性阻抗、工作电压等参数选择插入损耗小、回波损耗大的防雷器，考虑选定为CS12L/P2（深圳生产）。
• 4.2.3．在考虑成本允许条件下，对防雷要求高的弱电信号线尽可能采用光缆。（因光缆传送的是光信号，其受雷电破侵害的可能性就小）。若为其它弱电电缆则要考虑对所有信号系统进入楼房的电缆芯线对地尽量加装专用防雷器，设备前端再加装专用防雷器，这些防雷器材统一采用深圳产品。
• 4.2.4．为减少雷电产生的耦合现象及线路产生互感电流发生，弱电设备各系统的布线安装在金属屏蔽线槽内，并将金属线槽两端与大楼的建筑物接地网进行可靠的联接，金属线槽接头处做接地跨接，同时所有电源线路与弱电信号线路应分线槽走线，其间距保持300毫米以上，在弱电竖井内，弱电线槽尽量避开作为防雷引下线的柱子，达到线路屏蔽、隔离、防耦合的目的。
• 4.2.5．为了更进一步完全防止线路感应和雷电侵入弱电设备，对弱电传输线采取的措施还包括：如线路尽可能短、尽可能不要架空，有条件时应产尽量采取穿管埋线。

4.3 弱电设备机房接地与等电位连接的雷电防护做法

建筑物内的弱电机房，遭受直击雷的可能性比较小，在此处除了应采用各种防雷器进行防护外，还采用等电位联结方式作为防雷保护的补充。就是将各弱电装置诸金属外壳用导线连接起来，以减少雷电流在它们之间的电位差，减少其间击穿的可能性，正如谈到过等电位联结是防止雷电波侵入和雷电感应的一种有效办法，采取的具体措施有：

• 4.3.1 在机房内设防静电地板，也就是采用目前国内最新防静电地面材料（防静电瓷砖）。还对机房内的部分装修材料改为也是防静电的 内墙和顶棚表面使用防静电防火墙板或喷涂导静电环氧涂料，送风管道和送风口使用导电三聚氰氨材料，目的是为了避免空气流动时会产生静电积聚。
• 4.3.2 在监控中心机房防静电地板下，沿着地面上布置40*4的铜线排，形成闭合环接地汇流母排，将各种进出机房线路的金属水管、金属管、金属桥架、屏蔽线槽、配电箱金属外壳、电源地、避雷器地端、机柜外壳、金属门窗、金属隔断、防静电地板下的隔离架进行多点以最短路径就近连接在等电位汇流排上，同时将电气保护的PE地也接至等电位连接体汇流排上。

此外，在机房内找出大楼建筑物的主钢筋引下线的伸出连接点，经测试其确与避雷带连接良好，接地电阻值达到要求，另用φ14镀锌圆钢通过铜铁转换接头将接地汇流排与之相连接。

考虑到前述的雷电产生的集肤效应特点，各处均注意到防雷等电位连接线最小截面积的要求，并做到走线尽量短直。

另外在遇到建筑物地网情况较差时，由于接地电阻太高，就采用另立地网措施进行补救，保证接地电阻小于弱电设备要求的1欧姆以下。

4.4 室外摄像机的雷电防护措施

监控摄像头有室外和室内安装两种，安装在室内一般不会遭受直击雷的侵害，只需考虑雷电过电压对设备的侵袭，而室外还要防止直击雷的威胁。具体操作是:

采用摄像机立杆上部安装一个简易避雷针，也就是在该立杆的顶端竖立一根约1.2米的短针，其与立杆顶部焊接好，并做好接地，杆中间设一个防雷器。其二是选用杆中间的防雷器时要考虑到摄像头有两种类型，必须根据其不同的参数与之相适应。对金安广场安装的20个带云台动点摄像机和固定18个摄像机都应分别加以选用。

• 4.1 对于动点摄像机，采用在带云台摄像机的视频线、控制线与电源线处串联安装CMOS三合一监控专用防雷器CPSS12A220（深圳生产）。此款防雷器具有视频线防雷，控制线防雷，电源线防雷与一体的功能，安装方便，容易维护。
• 4.2 对于定点摄像机，只考虑视频线和电源线的防雷保护，即在进入摄像机的视频线、电源线处串接CMOS二合一防雷器CPS12D12（深圳生产），它集视频、电源防雷与一体，安装极为方便，从而保证基本上达到了有效的保护前端摄像机设备的目的。
• 4.3 再就是防雷器的引下接地装置，考虑到摄像机均安装在立杆上，立杆又是金属所制，也就是把摄像机与防雷器的地线直接引接在立杆上，同时将Φ40镀锌钢管长度为2.5米2根，垂直埋深0.8米以下做接地极，垂直地极之间间距为5米，采用40mm×4mm镀锌扁铁焊接成的复合接地网，金属杆做引下线采用φ10镀锌圆钢引接到大地接地极上，两端应采用焊接连接，焊接处应刷沥青油防腐，接地电阻小于4Ω。如无法达到接地电阻要求，可再多加单根垂直接地体，当然有条件时，立杆基础做好后接地线也可以就近和附近的建筑物的接地网直接相连以解决接地问题就更好。.
• 4.4 为防止电磁感应对室外摄像机的损害，把摄像机的电源线和信号线都穿在金属套管内，使之达到金属屏蔽的效果。

总之，通过安装简易装置及其配套接地措施能使室外摄影机安装在避雷针滚球半径的保护范围内，可减少室外监控摄像机遭受直击雷的损害的机会。

5 对其他各处设备（包括弱电机房）的屏蔽防护处理等做法

对弱电设备外部防感应雷可用屏蔽等手段，也就是把雷电电磁脉冲从空间感应入侵通道加以阻断，笔者采取了以下技术措施。

5.1 所有弱电设备均应考虑屏蔽，最好将重要的弱电设备均设在机柜内，且机柜外壳应接地良好，且接地电阻满足小于1欧姆。（接地电阻如经测试达不到要求，则采用加装接地极和加降阻剂或改良土壤方法来解决，这里就不再作详细说明）。

5.2 均压等电位连接（包括弱电机房，其内容前面已有详细的论述），其目的是为了彻底消除雷电引起的各处的电位差，消除设备可能存在的地电位反击问题。

5.3 设置安全距离要求，即要求各弱电设备应尽量远离建筑物的梁、柱等位置，主要考虑到柱内钢筋在泄放雷电流时可能产生较强的电磁场，从而造成了设备的损坏。

5.4 考虑到弱电设备与其它强电设备在防雷电接地方面最大不同特点是在于其设备的工作频率很高，也就是说接地线和连通回路的高频阻抗已不可忽视，为此我做到对各弱电设备其间的连线尽可能短直，各金属结构、管道都可能就近接于建筑物的接地母线，其目的是尽可能减少接地回路的阻抗（原理前面已阐明）。

6 弱电设备防雷及抗干扰屏蔽的研究及其应用

由于建筑群以外的自然环境及建筑内部环境中存在着大量的电磁干扰，使弱电设备产生误码、错码、误动作，使信号系统受到污染、产生噪声，会使设备性能下降，导致弱电设备无法正常工作，尤其是雷电发生时所伴随产生强烈的电磁脉冲时就更为严重。

这些情况笔者在深圳宝安的金安广场和深圳福田区锦锈小区的电气设备安装调试中就曾多次遇到过，因此，弱电系统必须实施有效的抗电磁屏蔽措施才能保证其正常运转。

这部分内容因牵涉到很多方面，也很复杂，在这里我仅描写其中小部分，只做粗浅的分析，仅介绍我在抗干扰屏蔽方面所做的小部分工作内容。

6.1 对当弱电系统外壳为非金属外壳时，采用一个镍铜合金丝编织成金属网作屏蔽网，金属屏蔽网与等电位点可靠地连接在一起，此金属屏蔽网对10MHZ左右的电磁干扰按理论计算一下大约有90dB的衰减，如要求进一步衰减，则必须采用双层金属屏蔽网。 把弱电系统的小机柜用上述金属屏蔽网包起来，同时处理好接缝，解决信号线出入口等问题，就可取得较好的电磁屏蔽效果。

6.2 当强、弱电设备都安装在一起时弱电设备受干扰的情况比较明显 因考虑到柜内强电回路与弱电回路相隔距离很小，信号连线还相互交错，弱电系统受到强电系统电磁干扰几率很大的因素，为此在两个相互干扰的导电体间插入接地良好的金属板，这块金属板的材料采用导磁率较高的铁镍合金做成（因其导磁率u=5000～10000，是铜和铝的u值几千倍），就因为这块金属板置于在电磁场中，利用其吸收和反射效能从而达到屏蔽的最终效果。

6.3 抗干扰措施还可采用如隔离、接地和滤波等，常见的具体方法还有：

• 6.3.1、弱电机房内的金属门与吊顶内的龙骨进行多次连接。
• 6.3.2 采用金属管等电位联结，与屏蔽措施相配合，所有的弱电信息设备尽可能与建筑物保持1米远的距离，可有效地屏蔽电磁干扰。　
• 6.3.4 对接地及公共阻抗带来的干扰，其有效的抑制方法是使各种接地之间尽可能不构成回路　
• 6.3.5 弱电系统机房尽可能远离强功率发射及电梯机房，避免设在建筑物高层，而尽可能选择在建筑物的低层中心位置。
• 6.3.6 为防止市电电网急剧变化或雷击出现过电压，调试中用的电源方面我尽量使用串联型稳压电源供电；　
• 6.3.7 施工中普通信号的电缆屏蔽层都做到进行接地处理，其接地位置可选择在接地信号源或接收器一侧进行接地；而传递控制信号的电缆屏蔽层也进行接地处理，其接地位置一般选在对地电容大的一端进行接地，以减少信号电缆对地电容的影响；
• 6.3.8 将受干扰电路和干扰电路隔开或分开 ；　
• 6.3.9 照明装置的供电线路上设置电源线路滤波器，供电端子进行屏蔽；
• 6.3.10 在电源的进出线端口处加低通滤波器以消除电网中的高频干扰。
• 6.3.11 建筑物结构内的钢筋保持电气的连续性。

总之，理论和实验都证明了屏蔽是阻挡电磁干扰经空间传输的最好方式，尤其是当雷电袭击到来前能够把弱电设备屏蔽起来这种措施就尤其显得重要，很显然采用屏蔽措施对弱电防雷和抗干扰两方面有着双重功效。

通过以上相关技术措施，可初步达到弱电防雷及相关弱电设备抗干扰的效果，正由于原有弱电设备遭受雷击后，笔者所在的单位加强了弱电防雷的技术力量，除安排了笔者管理建筑强弱电施工管理外，另外专门负责全部项目的防雷工作，也就是在后来承接的建筑工程的每个弱电项目中包括福田锦绣小区、南山月亮湾小区等，笔者尽可能采用上述技术措施对弱电系统尤其是闭路电视监控制设备进行完善补充，此外笔者还把这部分防雷及弱电抗干扰措施也应用于计算机房、门禁对讲、消防弱电、背景音乐、电梯控制系统等多个弱电系统中，其取得了比较明显的效果。

（编自《电气技术》，作者为钱良楚。）