火山台地数字视频监控接地系统设计方案

五大连池是个火山多次喷发的地方。当地人称其为“石龙”、“石海”、“石塘”,科学家则称之为火山台地。而今,我们的目标就是在这片火山台地上树起近百个高级数字摄像设备,就接地防雷系统来讲,我们查找了大量的资料,也联系了国内多家做防雷工程的公司,目前还没有现成的经验可以借鉴。于是我们参照了很多的接地防雷方法,特别是电视台高山防雷的经验,选用泄流能力很强的新型接地模块,结合火山台地的特点研究了本设计方案。

接地网在防雷系统中的重要性

1、设备遭遇雷击的两种主要形式:

A、直接雷击

雷云对地面某一点的放电现象称之为直接雷击(如图1)。

B、感应雷击

雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷击主要通过如下几种途径损坏设备(如图2)。

① 通过电源线路入侵的感应雷击。电源线有架空线和埋地线,传输线路较长,最容易遭受感应雷击。感应雷击通过电源线传输进入设备,使设备造成损坏。

② 通过通信线路和信号线的感应雷击。雷云之间或对大地及金属物体(如广告牌、铁架、路灯等)发生闪击,对其附近架空或埋地的电缆、信号线产生强大的电磁感应。感应雷击通过电缆线、信号线传输进入设备,使设备造成损坏。

2、雷击的防护

对雷电的防护概括来讲,就是在良好接地前提下,通过安装合适的过电压(流)保护器预防雷电感应,利用性能良好的避雷针(网、带)预防直接雷击。防雷系统应包括三个方面:直接雷击的防护、感应雷击的防护和良好的接地系统,缺少任何一面都将带来潜在危险。

随着社会的发展进步,安防监控系统得到了更为广泛的普及应用。但与此同时,安防监控系统自身的安全性也成为一个重要的问题。现代的安防监控产品均系微电子化产品,这些监控设备对各种电磁干扰非常敏感,雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等都容易影响它的正常工作。这就使得监控系统设备极易遭受雷击、过电压破坏,其后果可能会使整个监控系统运行失灵,并造成难以估计的经济损失和安全风险。

为了能够准确、有效地提供火山台地数字视频监控系统的防雷解决方案,我们首先应准确了解该监控系统的系统构成,进而准确分析系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。

数字视频监控系统的整体防雷工程是一项要求高、难度大的综合工程,涉及多方面因素,需要针对不同的部分分别加以保护,同时又要考虑多个部分的协调工作,在工程中不能对系统造成任何影响。

数字视频监控系统,由以下三部分组成:

前端部分:主要由带加温功能可以放大24倍、360°无死角的云台一体快球摄像机、支架及稳压器和编码器光端机等组成。

传输部分:使用同轴铠装电缆供电、铠装光缆传输信号、地埋敷设等方式。

终端部分:主要由光端机、交换机、服务器等控制设备、监视器、录像存储设备等组成。

防雷的目的是保证各部分都能正常工作,不受雷电的干扰和破坏。数字视频设备所处环境的不同,雷击的季节和强度都不一样,所以将需保护的系统作为一个整体,将所有的雷击入侵电流和感应雷电流通过良好的接地泄散到大地中。

以上所述种种的防护重点,如果没有一个优异的接地网作为基础,将无法使雷电流或突波电流迅速、安全的导入大地,反而会对地面以上的防雷设备造成损害,那样的话,整个防雷系统就会形同虚设,不堪一击,反而对数字视频设备的安全造成隐患,所以说一个性能优良的接地网对于整个系统来说是不可或缺的,更是不能偷工减料、马虎行事的。

在此基础上,选用合适的防雷保护装置,研究和探讨信号、电源线路的合理布放,明确屏蔽及接地方式,方可给出准确的、系统的防雷解决方案。有效提高数字视频监控系统的抗雷击过电压干扰的能力,优化系统的整体防雷水平。我们重点关注如下几个方面:

A.供电电缆部分。

其防护重点在于供电电缆的两端线路接口防护及供电电缆自身的保护。采取端口加装浪涌保护器等防雷装置,使用铠装地埋电缆供电,可以较大程度的减少感应雷电从供电线路入侵所造成的设备损坏。

B.信号和控制电缆传输部分。

其防护重点在于前端及终端的接口防护和电缆保护。我们除了在该段加装避雷器外,还采取了金属屏蔽全部电缆的方法,使信号和控制电缆在金属管内穿行到金属的设备箱内,这样可以在很大的程度上减少感应雷电的入侵。

C.光缆传输部分

其防护重点在于前端及终端的光电设备防护及光缆自身屏蔽铠层及加强筋的防护。

D.数字微波传输部分

其防护重点在于太阳能供电系统中诸如电池板、电瓶、逆变器和时序控制器及无线传输设备的自身直击雷防护。

岩浆岩地质地网的设计思路

1、设计理念

岩浆岩又称火成岩,它是因地壳变动,熔融的岩浆由地壳内部上升后冷却而成,是在温度、压力骤然降低的条件下形成的,造成溶解在岩浆中的挥发成份以气体形式大量逸出,形成气孔状构造。根据上述特性,在岩浆岩上设置地网,无法以岩石自身作为地网载体,所以采取换土的方式是最可行的方法。

地网所用的土壤应在取土前多点测量土壤电阻率,并取其最低值(而非平均值)作为计算数据。并且土壤电阻率不高于200Ω/m。

根据现代火山喷溢而出的熔岩得知,硅酸盐是岩浆的主要成分。其中SiO2的含量在80―30%之间;金属氧化物如Ai2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O等占20―60%。其它如重金属、有色金属、稀有金属及放射性元素等,它们的总量不超过5%。此外,岩浆中还含有一些挥发性组分,其中主要是H2O、CO2、H2S、F、Cl等。由于山上可以轻易的获得大量火山灰,所以本设计是在对火山灰导电等相关特性进行分析研究,根据分析结果进行配比计算出最佳的添加比例,以达到降低工程造价及施工难度的目的。

1982年,五大连池以黑龙江五大连池风景名胜区的名义,被国务院批准列入第一批国家级风景名胜区名单,目前已入选世界地质公园之列。根据设计要求,百分之九十的数字视频监控点均分布于石龙台地和火山上。所以土方量的大小、日后的防雷系统稳定性和对景区环境的影响是设计者必须考虑的问题。选用长效,稳定,环保高强度的新型接地模块是本设计的关键。设计年限为50年以上。

2、所选用的接地产品介绍

本设计将采用ES系列高强度环保型复合式接地模块―简称“雷克石”作为接地体。雷克石是由具备良好导电性能和优良土壤亲和性的天然非金属矿物材料、电解质材料及其它特殊填充物经专利技术制作而成的具有活性接地的环保新型复合式专用接地模块,其密度、导电性能、抗压强度等各项技术指标均远优于目前市场同类产品,足以满足任何类型接地网所用。可用于电力、电子、交通、军事、电信通讯、建筑物、石油化工等各项领域需做接地保护的永久性接地体(如图3-4)。

3、产品优点

(1)降低接地电阻:天然矿物复合,冷加工成型陶瓷,水泥基质ES系列复合式接地模块,自然性矿物无毒无害,具有极佳的土壤亲和性跟二次水化反应,可以创造极佳的接地降阻效果。使用ES系列复合式接地模块作为接地网的接地极,可比传统式金属接地极增加30%左右的降阻效果。

(2)强大的抗压强度:抗压强度可达到18MPa(176kg/cm2,2500psi)以上,更具抗挤压性,在接地网施作完成回填夯实时,能确保接地体之完整,不会因回填挤压而轻易破碎或破裂,进而发挥最高效、最稳定的接地保护功能;接地模块若因强度不够,极易造成回填后本体之破裂或破碎,这样将只剩下降阻剂的功能,针对大突波电流的宣泄的能力是会因此降低的,雷克石产品在此方面运用及优秀的工艺克服了强度问题,而且具有极为优秀的导电率(ρ

(3) 超长的使用寿命:永久性――ES系列复合式接地模块是目前市售产品中使用寿命最长的。采用ES系列产品,日后如果接地铜导线腐蚀,只需更换铜导线即可,不用再更换ES系列接地模块。ES系列适合在任何地质环境下使用,无腐蚀(抗土壤酸碱腐蚀介质侵蚀)、无毒害、无环境污染。埋设于地下因泥土会阻断空气的接触,不会氧化、碳化,并在地下水份的涵养下密度会再增大,抗压强度会持续的增加,电阻率会再降低,二次水化会不断的释放电解质,周边的土壤会持续离子化成碱性,不断降低ES系列与土壤间的接合阻抗,进而增加降阻效果,并有保护自身的作用。ES系列复合接地模块能二次水化是一种具有活性的材质,当然没有使用寿命的问题,更能确保接地系统长期稳定有效的运行。

(4)一次投资,永久收益:ES系列价格便宜,只需同体积铜价格的20%左右,如果再加以考虑使用寿命,那么差距就会更大。而且铜接地电极如被腐蚀,则有可能需要更换接地网,总体成本无形高了不少。ES系列同时还具有体积小、重量轻、运输方便、安装快捷,可提高现场施工人员效率,大幅降低施工成本等优点。

(5)接地电阻的稳定性:一般不具活性的材质,在经过冲击电流耐受实验和工频电流耐受实验产生热氧化后,其电阻率均会升高,影响接地电阻值的稳定性。但是ES系列是具有活性的碱性材质,在有足够的水分涵养下,遇到热能量会加速二次水化反应的进行,反而会增加密度、增加抗压强度,所以会再度降低其电阻率。试验证明:(A.用1KA冲击电流8/20μs耐受次数是20次,其电阻率平均降低5-7%;B.用10A工频电流耐受次数5次,其电阻率降低7%)ES系列复合式接地模块可耐大工频和破坏电流的冲击,不受季节影响,阻值可保长期稳定。

(6)金属等不具活性接地体电极在腐蚀后会释放有害氧化物质而污染地下水源,不环保。环保型ES复合式接地电极具有活性,在二次水化反应过程中所释放的电解质,因具有活性会与其相接的泥土产生水化反应,结合成具有一定强度的块状物,不但会增加接地效果还不会污染地下水源,并具有长效性,极为环保(有重金属检测证明报告)。

综上所述,使用“雷克石”接地模块制作接地网,可以有效延长地网使用年限,降低施工难度,确保施工质量,耐腐蚀,且对于土壤和地下水源无污染。

小结

在这一部分我们为大家介绍了工程的地理特点和基本情况,并探讨了使用雷克石作为接地网的可行性。在下一部分当中,我们将着重为您介绍两款产品的具体特点及施工要点。