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地铁车站弱电系统的防雷与接地问题


摘要:地铁车站弱电系统多与强电系统共用一个综合接地装置,经各自引上线至强、弱电总接地端子排,再引致众多机电设备房内的弱电接地端子排上,在设备房内系统设备除以弱电接地端子排为基准做等电位联接,还需在各级电源端加装浪涌保护器 SPD.

关键词:综合接地装置、综合接地装置、总弱电接地端子排、引上线、浪涌保护器 SPD、弱电系统

作者:梁红

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一.接地系统的类型、综合接地网及强、弱电接地系统的设置

接地系统的类型有保护性接地、功能性接地以及功能性和保护性合一的接地。

保护性接地分为:保护接地、过电压保护接地(包含防雷接地)、防静电接地和防电蚀接地;

功能性接地分为:工作接地、逻辑接地和信号接地。不同的接地有不同的要求,应按设计决定不同的接地方式。

功能性和保护性合一的接地,如:屏蔽接地;

与普通建筑不同的是,地铁因其牵引供电系统产生杂散电流,决定了地铁车站的接地装置必须与车站内的金属物绝缘,接地装置多选用人工接地网(接地电阻小于 0.5Ω),由水平接地体、垂直接地体、接地引上线等组成,其材料以耐腐蚀的铜质材料为主,水平接地体采用 50mmX50mm镀锡铜带、垂直接地体采用¢50X7.5mm 铜管、接地引上线各采用 3根绝缘铜芯电缆 ZR-YJY-(1X240mm2),分别独立引出提供给强电系统、弱电系统和接触网接地使用,强、弱电系统各设一个总接地端子排;至此强、弱电接地系统独立分开,不允许再有交集;

二.为满足弱电系统对电源稳定性的要求,地铁车站分别设置强、弱电两套接地系统:

地铁车站内弱电系统分为主控系统、PSCADA、通信、广播、PIDS、自动售检票系统、屏蔽门和安全门系统、火灾自动报警系统、安保监控系统等。

各种接地各有优缺点。分散的独立接地可有效地防止信号之间的相互干扰,但在遭受雷击时,易造成不同的接地点地电位不一样,从而引起地电位反击,使设备工作不正常或损坏;综合接地虽然有效地防止了地电位反击,但又会引起不同信号之间的相互干扰,为有效解决防干扰和防雷击安全接地的问题,车站的接地系统采用以下设置:

在各设备房内依据需要分别设置末端强、弱电接地端子排;

从总强电接地端子排至各设备房内的强电接地端子排,强电接地系统采用环式等电位连接方式的接地系统,以消除各接地点的电位差;

为了避免电磁干扰、地环路干扰,弱电接地系统与综合接地装置之间采用采用一点接地,从总弱电接地端子采用辐射式接地系统,即采用阻燃铜芯电缆 ZR-YJY-(1X70mm2)放射式敷设至各设备房内的弱电接地端子排上;

在实际应用系统中,由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接,大大降低了系统的稳定性和可靠性。

设备房内的强电接地端子排可为设备提供等电位接地、保护接地、设备外壳屏蔽接地;

设备房内的弱电接地端子排可为设备提供工作接地、逻辑接地和信号接地,由于采用放射式布线方式,可以使弱电系统有效地抑制外来干扰(包含来自其他弱电系统的干扰),又能降低设备本身对外界的干扰。

正确的接地是抑制电磁干扰、提高电子设备 EMC性的重要手段之一。

三.弱电系统的防雷技术措施:

一般分为"三道防线"

(1) 将绝大部分雷电流直接引入地下泄散(外部保护)

(2) 阻塞沿电源线或数据信号线引入的侵入波危害设备(内部保护及过电压保护)

(3) 限制被保护设备上雷电过电压幅值(过电压保护)

现在,车站重要设备机房的电源系统防雷采取三级防护措施,即在低压总电源处,设备房进线电源处和进入弱电设备前端设置三级浪涌保护器。

为防止高电压、大电流和强功率电路(如供电电路、继电器电路)对低电平电路(如高频电路、数字电路、模拟电路等)的干扰,将它们的接地分开。前者为功率地(强电地)后者为信号地(弱电地)而信号地又分为数字地和模拟地,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘;

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四.各弱电系统具体的防雷与接地技术措施:

安防监控系统(CCTV)防雷接地措施

1)系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地

进入到监控机房的电源线设有三级浪涌保护器,在零、地电压比较高的情况下,不建议采用3+NPE或1+NPE保护模式的浪涌保护器;机房外在建筑物的前端设备均须设有独立接地。但在此需要特别指出的是:无论前端还是终端设备的接地系统,如果距离小于 20米的情况,两个接地系统之间应做等电位连接。

2)安防监控系统的传输线路防护

传输线路应采取全程穿金属管、金属线槽敷设,金属管、金属线槽有效接地;若穿金属管埋地敷设的传输线路,可以使雷电侵入波的幅值得到相当程度的衰减,从而降低设备遭受雷电侵入波损害的概率。在电缆进入监控机房和前端设备将电缆金属外皮、金属管与防雷接地有效连接。

3)光纤通讯线路的防护

光纤线缆一般有金属加强筋和金属铠层用于保护光纤线缆,光纤本身虽不会感应和传递过电压,但其金属加强筋和金属铠层却极易感应、传递雷击过电压,必须给予妥善处理,即在光纤进户端务必做好接地保护。

4)视频信号防雷的注意事项

信号防雷产品,如采用双一级保护的视频防雷器,则能使"阴入阳出"与"阳入阴出"通用,更加便于视频防雷器的调配使用。

通信、广播、信号、主控系统及 AFC、FAS系统中心设备均为计算机网络设备,其防雷接地措施如下:

1、计算机网络的瞬态过电压保护:

计算机网络过电压保护必须在进入机房建筑物的电源线和通讯线应在终端设备的前端安装上ZPSPD 不同类别的电源类 SPD,以及通讯网络类 SPD。(SPD瞬态过电压保护器)

2、设备屏蔽与等电位连接:

为防止外界电压危害人身安全和对设备的损害,抑制电气干扰,保证通信设备正常工作,弱电设备的以下部分均应与设在机房内的弱电接地端子排以铜芯电缆相连

设备屏蔽:

(1)机房内的电力电缆(线)、通信电缆(线)宜尽量采用屏蔽电缆;通信电缆的金属护套和屏蔽层。

(2)交流配电屏、直流配电屏、整流器屏等供电设备的外露导电部分;

(3)直流电源、电信设备的机架、机壳;交直流两用电信设备的机架、机框内与机架、机框不绝缘的供电整流盘的外露导电部分;用以防止外来电磁波(含雷电的电磁波和静电感应)干扰机房内设备。

等电位连接:

(4)电缆、架空线路及有关需要接地的部分,如放电器、避雷器、保护间隙等;

(5)机房内金属门、窗、管道、线槽、桥架、静电地板的金属龙骨;

用以均衡设备房内所有金属物的电位。

在计算机网络系统中,为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全,解决环境电磁干扰及静电危害,需要一个良好的接地系统。

五.等电位连接与接地系统的施工中,应注意以下施工工艺的检查:

1)综合接地装置与引上线之间、引上线与总强、弱电接地端子排之间应采用火泥熔焊的工艺,焊接后应做防腐处理(如镀锡等);当强电接地网干线与接地体采用搭接焊时,其搭接长度必须为扁钢宽度的 2倍;

2)管子与接线盒子的连接不应采用塑料纳子,应采用导电的金属纳子;

3)明敷配管不应采用熔焊跨接,应采用设计指定的专用接地线卡子跨接;

4)埋地或埋设于混凝土中的电管,不应用线卡跨接,可采取熔焊跨接;

5)线管之间采用螺纹连接时,管端螺纹长度不应小于管接头长度的 1/2,螺纹表面应光滑、无锈蚀、缺损,在螺纹上应涂以电力复全脂或导电性防腐脂。连接后,其螺纹宜外露 2~3扣;

6)若管内穿有裸软 PE铜线时,电管可不跨接。此 PE线必须与它所经过的每一只接线盒相连。

参考文献:

1)《工业与民用配电设计手册》 中国电力出版社

2)《03D501-3利用建筑物金属体做防雷接地装置》

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