深圳市创鸿铭电力科技有限公司贺新湘:“雷击”与弱电系统的保护分析

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深圳市创鸿铭电力科技有限公司 贺新湘(二级注册建造师)

 

  我们常常听说一些管理处机电员工在说“昨晚我们这里雷雨交加,打雷打坏了好几个摄像头。”或者说“昨晚闪电打雷打坏了对讲主机。”说话者一脸无奈。似乎闪电打雷打坏了仪器设备特别是类似于摄像监控弱电设备属天灾“属不可抗力的因素”属于不可避免的原因?言下之意,这天灾之灾谁也没有责任?要怪就怪天!

 

  其实作为机电老员工,凡事不应该一律找天老爷作“挡箭牌”,我们得从技术角度进行严谨地分析:多问几个为什么?一问为什么同样遭遇雷击供电系统就常常的逃脱危险而弱电回路就难幸免于难?二问为什么我们弱电系统如此弱不禁风?三问难道国家广播通讯项目还有一些军事通讯系统同样属弱电工程却能够饱经风霜不怕雷击?由此引出话题:我们再想想能不能从技术上根本解决这些问题?

 

  这里把几个关键词先弄清楚:

 

  1、强电回路:即我们知道380/220V供电系统,它的绝缘电阻是大于0.5兆欧;

 

  2、弱电回路:即24V及以下直流电的弱电系统,包括消防主机、门禁对讲、消防通讯广播系统、摄像监控、停车场系统等等,它的绝缘电阻要求是大于0.25欧;

 

  3、打雷闪电:即由云层摩擦堆积的静电达数万伏或更高的直流高压电瞬间放电现象;

 

  4、电屏蔽现象:由导电体对被保护系统设备或物件进行的等电位“包裹”并有效接地;

 

  5、避雷网:准确地说也叫引雷网,它是人为故意引雷迅速放电到接地的装置。由于它的存在,保护了建筑物及其室内设备的一套导体框架;

 

  熟悉了上述几个概念之后,我们再来看看雷击过程,云层(即雾状水分子)在风的强力推动下运动,常常“摩擦带电”,这种电荷属于静电荷,当电荷电量堆积到几千或几万伏时,总要释放。我们常常见到空中闪电,就是高达几万或几十万伏的正负电荷瞬间放电过程。带电云层也可在接近潮湿建筑物近距放电,放电尽管是瞬间完成的,但由于电压太高,足以击穿短距离潮湿空气,强制性形成放电通道。由此我们知道了是建筑物遭雷击电闪是将云层静电高压电带给建筑物的危害。事实上建筑物因为表面被雨淋湿属于可导电状态。它确实有放电的途径。科学实验证明,如果假设建筑物是一个纯绝缘体,因为没有放电途径是不会被闪电雷击的;还有一种情形就是建筑物上端有一条导电性能良好的防雷金属网并下接有很好的接地,因为这种屏蔽的效果,建筑物一旦遭雷击时,它的等地电位效果,让高压静电迅速通过防雷网接地放电,同样也能起到了保护建筑物本身的效果。如此分析,我们能看出最要命雷击伤害的就是建筑物处在可导电状态或不是处于屏蔽状态,它既可引电上“身”又不能迅速放电,这种情形让建筑物本身的上端边角潮湿部分被雷电高压击得粉碎。如遇附近有易燃物品还常常引发火灾等次生灾害。森林遭雷击引发森林大灾也是类似这种情况。现实中假想建筑物是一座纯粹的绝缘体是不存在的,因此整个建筑物的防避雷线网的有效性可靠性屏蔽作用就变得非常之重要了。事实上我们的物业管理工作又常常忽略这一块的重要性,疏于跟踪检验,甚至疏于管理或者是错误管理的方式。我们在检查中发现,避雷网的疏于管理有如下几个方面错误做法,

 

  1、焊接断裂后不及时全焊修复;

 

  2、避雷网线上乱接晒衣绳造成避雷网松脱;

 

  3、使用非导电绝缘油漆粉刷避雷露天网线;

 

  4、多年未对管辖建筑物避雷网进行接地电阻测试;

 

  其中1~3项是我们常常表象能看到的问题,而第4项侧是我们我们应注意的重中之重。因为即使你的建筑物有最好避雷金属网,它与大地“零”电位接触不好,那么它的避雷效果等于零。反过来说,避雷系统的一个最重要指标就是避雷网的接地电阻。这里的“接地电阻”是相对于标准概念的接地端而言的。避雷网所以又称为避雷接地网。接地网与理想的标准零电位是不同的概念,我们设计上是希望接地网的接地电阻为零,它意味着是最好的接地效果,事实上这个为“零”是不可能的。我们无法找到标准的零电位,只能人为地相对取零值来定性为零电位。通常只能在建筑物周围找一个潮湿的不是岩石层的地层下挖一米~一米五,浇上盐水插入一米深金属导体,导体的前端被称之为相对零电位,而避雷网的接地电阻就是实测避雷网入地端与该前端之间的电阻值,电阻值越小说明接地效果越好,国家标准规定为小于或等于4欧。换句话说也就是当雷击中避雷网时,只有通过接地电阻小于或等于4欧的接地网才能很好地放电,以化解静电高压给建筑物带来的危害。否则,高压静电不能良好释放,就有可能通过建筑物的其它金属物件进行放电,这就是雷击高压窜入电气设备的情形。而雷击高压窜入电气设备的情形对设备的损害是极其严重的。重侧引起高压环网柜损坏跳闸造成大片停电,轻则也会引起区域性跳闸。所以我们常常也能看到高压入户瓷柱前端设置有齿状式避雷装置,其用意也是想“趁早”引雷入地,避免雷电高压窜入供电系统中。

 

  那为什么遭受并不是十分厉害的雷击电闪之后,弱电更容易损坏呢?这就需要回到前面谈到的绝缘电阻不同要求上来。因为弱电线路布线特别是印刷电路板线间距离小,不可能象380/220V供电线路那样的绝缘要求。因此绝缘性能档次要低一些。而绝缘性能次的部分(弱电回路)遭受同样的高压更容易受到致命损坏。这个道理可以用这样一个例子来说明,即打赤脚的人和穿鞋的人同时触摸同等电压的裸露部分,赤脚者受害程度危害性更大,是一个道理。

 

  那么我们知道了雷电对弱电系统如此具有威胁性,那么我们怎么样做才能保证弱电系统不遭受到雷电危害呢?通过上述的解说分析,我们认为有如下几点要点:

 

  1 建筑物的避雷接地系统必须良好。(我们暂且称之为一级避雷保护);

 

  2 弱电系统的金属外接部分,我们认为的电源的必须有良好的防止高压窜入装置,即电源避雷装置(我们暂且称之为二级避雷保护);

 

  3 室外弱电装置比如摄像头,上方必须安装避雷针,且接地良好,能够化解静电高压带来的危害(我们暂且称之为单系统一级避雷保护);

 

  4 室外弱电装置比如摄像头,金属外壳必须单独引入线进行接地良好,能够化解万一雷击高压窜入弱电外围,能够通过外壳接地释放能量(我们暂且称之为单系统二级避雷保护);

 

  如果一个弱电系统经过上述避雷保护,可以肯定地说是不会遭受到雷击伤害的。

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