eie1992 发表于 2011-12-21 22:03:00

【原创】安防防雷4:地电位、地环路及其安全隐患

 
<p><font size="4"><b>关于“地电位”的认识与实践</b><b></b></font></p>
<p><font size="4">“专业防雷”给安防工程做的防雷设计,从防直击雷的立杆避雷针,到防感应雷的“接地泄放雷电流”,对安防工程安全都构成了重大威胁,等于安装了“定时炸弹”。犯这种低级错误的原因可能很多,但其中“对地电位缺乏最起码的认识”,是重要的一条。</font></p>
<p><font size="4">例如,在每条视频、控制、电源线两端,都要安装他们的接地防雷器,每个防雷器都要专门做好优良的接地,这就人为制造了安防系统多点接地,形成了纵横交错的“地电位环路”;</font></p>
<p><font size="4">前面分析表明:接地,不仅系统防雷目的不能达到,还给安防系统自身造成了重大安全隐患。安防论坛里每年曝光的“雷击”烧毁安防设备的案例,烧毁防雷器的案例和引入地电位环路干扰的案例,多数都是由这类系统多点接地,引入了地电位造成的。实践证实:他们对“地电位”还没有最起码的基本认识,对安防弱电系统更是“专业的外行”。</font></p>
<p><font size="4">地电位存在地域广泛,这类多点接地的安防防雷工程,发生地电位干扰的概率,烧毁设备的概率,都远远高于雷击概率,已经成为安防系统最严重的安全隐患。</font></p>
<p><font size="4">安防防雷工程盲目上当的事实,层出不穷的引入地电位干扰的案例,也同样表明还有不少安防人,自己对地电位也缺乏基本认识。</font></p>
<p><font size="4">认识地电位,是实现安防系统安全设计和系统安全运行的基础,也是安防工程安全设计的当务之急。这里主要分析和认识影响最大和最常见的“雷击地电位”和“电网地电位”。</font></p>
<p><font size="4"><b>4-1</b><b>)雷击地电位</b><b></b></font></p>
<p><font size="4">雷电击中地面物体向大地放电,在雷击点周围形成暂态地电位扩散区——跨步电压区。跨步电压区内雷击暂态地电位呈指数衰减,大约10~20米半径以外衰减到0电位。</font></p>
<p><font size="4">避雷针接闪时,形成百万伏以上的雷电反击电压。安防系统,摄像机与主机间有视频线、控制线、电源线的电气连接关系。把摄像机立杆做成避雷针,就把雷电反击电压100%的引入系统,显然这是愚昧的“自毁”设计。</font></p>
<p><font size="4">由独立避雷针保护,设在跨步电压区内的摄像机立杆,同样要注意跨步电压内的暂态地电位反击问题,摄像机立杆做“可靠接地”,这不仅是花冤枉钱,而且给系统安全带来更大的隐患。</font></p>
<p><font size="4"><b>4-2</b><b>)电网地电位</b><b></b></font></p>
<p><font size="4"><b>【电网地电位的形成和特点】</b><b></b></font></p>
<p><a name="OLE_LINK1"><font size="4">“大地”宏观可以看成一个“无限大”的“静态等电位体”——</font></a><a name="OLE_LINK2"><font size="4">大地零电位</font></a><font size="4">。但是“动态”或“暂态”的看,大地是局部不等电位的。</font></p>
<p><font size="4">电网系统有多种接地方式,例如:</font></p>
<p><font size="4"><b>工作接地:</b>就是将变压器的中性点接地;</font></p>
<p><font size="4"><b>保护接地:</b>是指将电气装置不带的电金属壳体接地;</font></p>
<p><font size="4"><b>保护接零:</b>是指电气设备不带电金属壳体与系统零线连接等;</font></p>
<p><font size="4"><b>防雷接地:</b>是指电气线路和设备各类防雷器的接地。</font></p>
<p><font size="4">电网系统,属于超广域直接电气连接的多点接地系统,“多点接地”是常见电网地电位形成和变化的主要原因。我们不去研究电网系统多种接地方式的合理性,但应该认识和了解电网地电位的形成和特点:</font></p>
<p><font size="4">1)<b>电网系统的多点接地:</b>图4-1是摘录的一种电网安全运行接地和防雷接地典型原理图。从中可以了解到:除了高压线顶端架空防雷地线外,常规运行还有变压器零线(中线)接地,大功率用电设备(如电机)机壳接地,还有建筑物内供电线路的零线接地等,这都是电网常见的一些接地措施。</font><a name="OLE_LINK3"><font size="4">从安防设计考虑,我们只需了解:当电网三相供电平衡</font></a><font size="4">时,</font><a name="OLE_LINK4"><font size="4">零线电流为零</font></a><font size="4">。当三相电供电不平衡时,出现了零线电流,零线上产生电压,零线不同接地点便形成与大地不同的“地电位”,电网地电位属于动态地电位。</font></p>
<p><font size="4"></font>&nbsp;<font size="3"><br/></font><br/></p>
<p>&nbsp; </p>
<p><font size="4">2)<b>电网失衡产生地电位:</b>供电系统或大型电力设备故障是经常发生的:高压线断线碰地,在触地点形成类似的“跨步电压区”地电位;一路相线短路或火线碰地,零线电流突变,接地点电位突变;大电机“碰壳(绕组碰机壳)”,接地点地电位突变……等等。高压变压器故障,接地点可产生超高压地电位突变,接地点周围同样形成类似“跨步电压区”——地电位扩散区;</font></p>
<p><font size="4">3)<b>地电位波动幅度大:</b>电网运行指标,要求地电位差少于2V,为正常。从平衡到严重故障,电网地电位可以从几伏,几十伏,到几百伏,甚至几千伏变化。不要以为平常接地“影响不大”,而不去认真清理不合理接地点。</font></p>
<p><font size="4">4)<b>地电位持续时间长:</b>电网有自动保护设计,跳闸或保险丝保护,但是需要注意,这大多是从高压、大功率电力设备保护出发设计的,对弱电系统设备来说,这种保护的“时间太长”了,弱电设备早已烧毁了。</font></p>
<p><font size="4">5)<b>地电位发生概率高:</b>相对于雷击发生概率来说,电网发生比较严重或严重故障的概率,要高千万倍以上。雷击只在雷雨天气发生,电网地电位却不管是阴雨,还是晴空万里天气,都可以发生。</font></p>
<p><font size="4">6)<b>地电位涉及地域广:</b>一般说来,凡是电网到达的地方,就有电网地电位存在。</font></p>
<p><font size="4">7)<b>地电位的不可预测性:</b>系统如果有多点接地,对于哪个点,什么时间,发生多大的地电位突变,目前还没有预测办法,这是因为电网故障什么时候发生,发生什么性质的故障,都是事先难以预料的。</font></p>
<p><font size="4">8)<b>地电位的信号特征:</b>电网地电位基本信号特征,是50赫兹市电电压,少数也有高频脉冲群特征,画面表现为横向水平短线宽带状干扰,示波器波形为一群一群脉冲,脉冲群对应市电正弦波两个顶部,这是变频电机电流开关影响,多见于变频电梯,自动供水、集中空调,车间电机群等大功率变频电机的运行环境;</font></p>
<p><font size="4"><b>“电网地电位”的认识要点</b>:第一,这是客观存在的;第二,发生时间、地点、幅度、性质等都难以预测;认识地电位,是安防系统安全设计、抗干扰设计,防雷设计的基础。</font></p>
[此贴子已经被作者于2011/12/21 23:04:33编辑过]

eie1992 发表于 2011-12-21 23:16:00

<font size="4"></font>
<p><font size="4"><b>4.3</b><b>)地电位环路</b></font></p>
<p><font size="4">安防工程,是一个跨越区域广大、并有紧密电气连接关系的广域弱电系统。</font></p>
<p><font size="4">1)地环路的基本概念</font></p>
<p><font size="4">一条传输线,A、B两端接大地,就与大地构成了地环路,假定A端大地是高电位VA,接地线把传输线A端电位提高到VA,B端大地是0电位,地电位VA便通过地环路,影响到传输线连接的系统设备。</font></p>
<p><font size="4">如果系统有多点接地,就可以构成纵横交错的、复杂的地环路网,例如多个摄像机接大地的安防系统,就属于多点接地系统。</font></p>
<p><font size="4">地环路给地电位入侵安防系统,提供了可靠的入侵路径;</font></p>
<p><font size="4">2)地电位入侵视频传输回路原理分析</font></p>
<p><font size="4">图4-2示出了视频传输回路等效原理图:</font></p>
<p>&nbsp;<font size="3"><br/></font><br/></p>
<p><font size="4"></font></p>
<p><font size="4">1.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 假定A点出现高电位V<sub>A</sub>,主机端有安全接大地,V<sub>0</sub>=0;</font></p>
<p><font size="4">2.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 摄像机端接地开关K开路,代表摄像机不接地,摄像机和视频线始终和主机等电位,与主机地电位一起浮动;</font></p>
<p><font size="4">3.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 摄像机端接地开关闭合,代表摄像机接大地,构成地环路,V<sub>A</sub>高电位加在视频线屏蔽层上;因视频线屏蔽层两端通过75欧姆匹配电阻与芯线构成回路,所以在两端负载上就必然有地电位的分压,一端入侵到摄像机输出电路,一端入侵到主机输入电路,轻则形成干扰,重则烧毁设备。</font></p>
<p><font size="4">4.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 安防系统多点接地,形成地环路的因素有:</font></p>
<p><font size="4">1接地摄像机——接地主机之间构成地环路;</font></p>
<p><font size="4">2接地摄像机——接地摄像机之间构成地环路;</font></p>
<p><font size="4">3包括视频设备、交直流电源设备和控制设备接地点,凡是有直接电气连接关系的系统,所有接地点之间,都可以构成地环路;</font></p>
<p><font size="4">3)<strong>安防工程引入地电位的常见工程案例:</strong></font></p>
<p><font size="4">1.摄像机与金属立杆没绝缘,直接引入地电位;</font></p>
<p><font size="4">2.接地防雷器引入地电位,涉及视频线、电源线、控制线设备接大地,构成系统复杂的地电位环路关系,地电位可以触发防雷器导通,把地电位引入系统设备;</font></p>
<p><font size="4">3.墙壁安装摄像机,金属螺丝碰到建筑物钢筋;</font></p>
<p><font size="4">4.摄像机安装在室外广告牌上金属钢结构上;</font></p>
<p><font size="4">5.金属防水盒内与金属立杆连接接地,监控设备固定在防水和上接大地。</font></p>
<p><font size="4">6.铁皮屋摄像机安装在金属架构上;</font></p>
<p><font size="4">7.摄像机与电梯轿厢没绝缘;这里涉及电机及其供电的接地方式,大楼电网接地方式,轿厢通过轨道接大地方式,轿厢运动不同位置等等,都会影响到“轿厢地电位”,“轿厢地电位”是一种 “活动地电位”,动态与静态不同,电梯所处位置不同地电位也不同,这在电梯干扰案例中经常遇到。这个复杂问题只要用“摄像机与轿厢绝缘”,切断地环路,就可以简单有效解决了。</font></p>
<p><font size="4"><strong>&nbsp;</strong></font></p>
<p><font size="4"><b><font color="#ff0000">4)&nbsp; </font></b><b><font color="#ff0000">系统地电位环路传导的概念</font>:</b></font></p>
<p><font size="4"><strong></strong><b></b></font>&nbsp;<font size="3"><br/></font><br/></p>
<p align="center"><b><font size="4"></font></b></p>
<p><font size="4">A.&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如图4-3所示:一个小系统,有5个摄像机A、B、C、D、E和一个主机(O点),视频线在主机上汇接。假如摄像机C和E接大地,主机和其他摄像机都不接地。先假设只有C点地电位Vc≠0,其他点都为0电位;</font></p>
<p><font size="4">B.地电位差Vc加在C、E电缆两端,假设主机在中间,主机机壳电位大约是:</font></p>
<p><font size="4">Vo=Vco=Veo=Vc/2;这对主机操作人员来说,属于有安全隐患。</font></p>
<p><font size="4">C.显然,c和e两路电缆两端都加有Vc/2电压,这个电压都通过两端匹配电阻与芯线构成回路,在主机负载上形成干扰电压,这两路视频都出现地电位干扰。</font></p>
<p><font size="4">D.&nbsp;&nbsp;&nbsp; 这时a、b、d三路摄像机由于没接大地,电位随主机浮动,没有地电位干扰;</font></p>
<p><font size="4">E. &nbsp;a、b、d三路摄像机,哪一路如果再接大地,那一路就会出现干扰,都接大地都有干扰,这就是“地电位环路传导”的概念:把一个C点的地电位,通过地环路,传导到系统其他设备。</font></p>
<p><font size="4">F. 如果把主机机壳接大地,这时c点地电位就只影响c路,对其他路没有影响;主机接大地后隔离(屏蔽)了对其他各路的影响,主机操作是安全的。显然,这给查找工程“错误接地点”也带来了方便。</font></p>
<p><font size="4">G.&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如果系统只有主机一点接大地,所有前端设备,分控设备,显示设备,都不再接大地,全系统电位,随主机接地点一起“浮动”,这就可以切断所有地电位入侵路径;</font></p>
<p><font size="4"></font>&nbsp;</p>
<p><font size="4"><font color="#ff0000"><b>5)&nbsp; </b><b>“隐蔽的”电网地电位入侵</b><b></b></font></font></p>
<p><font size="4">当安防系统前端摄像机与大地已经做好绝缘了,所用电源是就地取电,但是所用的电源适配器前后没有隔离,也就是说开关电源没有输入输出端的光隔离,或线性电源初次级有电网地短接,这就通过 “零线”把“电网地电位”引入了安防系统。这类“故障”很隐蔽,很难查找。</font></p>
<p><font size="4">防止隐蔽的电网地电位入侵设计的基本原则是:“系统所用交流电源与电网是电气隔离的”,即系统所用220VAC或24VAC,都不分火线和零线(地线),都属于“平衡传输的交流电压”,例如变压器初次级隔离,开关电源输入输出端有光隔离,主机所用UPS电源,输出端与输入零线没有连接关系等,都可以避免电网地电位进入安防系统。</font></p><br/>
<p><b><font size="4">认识地电位,特别是“电网地电位”,它是客观存在的物理现象,它入侵安防系统的路径是多点接地的地环路,安防系统设计本身不需要多点接地,防干扰、防感应雷也没有理由采用多点接地,多点接地属于错误认识和错误设计,百害而无一利。</font></b><b></b></p>
[此贴子已经被作者于2011/12/22 6:32:29编辑过]

wanglianhai 发表于 2012-1-4 11:40:00

<p>学习了。。。</p>

carrey 发表于 2012-1-9 22:51:00

<p>学习了</p>

vdun 发表于 2012-2-3 12:51:00

新手学习了,谢谢楼主分享

ulfhvk 发表于 2012-2-21 21:17:00

<table cellspacing="0" cellpadding="0">
<tbody>
<tr>
<td>
<div id="textstyle_5" style="FONT-SIZE: 9pt; OVERFLOW: hidden; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 24px; WORD-WRAP: break-word">新手学习了,谢谢楼主分享</div></td></tr></tbody></table>

海洋15545593891 发表于 2012-2-23 14:03:00

安防系统就不需要防雷系统????可以这样理解吗????学习中。

eie1992 发表于 2012-2-23 19:00:00

<div class="quote"><b>以下是引用<i>海洋15545593891</i>在2012/2/23 14:03:00的发言:</b><br/>安防系统就不需要防雷系统????可以这样理解吗????学习中。 </div>
<p><font color="#ff0000" size="5"><strong>这真是令人吃惊的理解。</strong></font></p>
<p><font size="5">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 安防系统,不需要给自身安全带来隐患的“防雷系统”;</font></p>
<p><font size="5">一个防雷系统的设计,如果对地电位都没有基本的认识,盲目使用接地防雷器,制造多点接地,不要说防雷,防雷器自身也将自毁于地环路,安防设备也将毁于地环路。</font></p>
<p><font size="5">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 要做好安防系统的防雷,首先要认识地电位,认识地环路对系统安全的影响,这就是本主题。</font></p>

wangdabin110 发表于 2015-10-3 16:57:31

好文章啊

eie1992 发表于 2015-10-6 16:10:21

只谈“防雷接地”、“接地泄放雷电流”,对地电位没有任何分析——是判断冒牌防雷厂家的标准之一!

eie1992 发表于 2015-10-9 22:02:12

eie1992 发表于 2015-10-6 16:10
只谈“防雷接地”、“接地泄放雷电流”,对地电位没有任何分析——是判断冒牌防雷厂家的标准之一!
“防感应雷,用接地防雷器,向大地泄放能量”——是判断冒牌防雷厂家的标准之二。
防感应雷,是对雷电感应的防护,进一步说,是对雷电电磁感应的防护,雷电电磁感应是指雷电辐射的空间电磁波,在导体上产生的“雷电感应电动势”,它和大地没有参考关系,怎么向大地泄放?接地线上也同样有“雷电感应电动势”,又怎么向大地泄放呢?——这充分说明,这些冒牌防雷厂家对电磁感应没有起码的认识。

eie1992 发表于 2015-10-14 12:13:57

弱电系统防雷,没有系统分析观念——是判断冒牌防雷厂家的标准之三!
模仿建筑物防直击雷、避雷针防直击雷、盲目搬到弱电系统防雷中来用,主张用接地防雷器,向大地泄放雷电流,人为制造了系统多点接地,构成系统安全隐患;
模仿电网防直击雷、防电网浪涌做法,主张在监控系统的信号、控制、电源线两端都安装接地防雷器,把电网浪涌和电网地电位引入弱电系统,同样构成系统安全隐患;

sundan0411 发表于 2015-11-13 12:37:48

学习了

everycall 发表于 2016-3-18 06:46:34

经典,颠覆

eie1992 发表于 2016-3-20 12:41:50

everycall 发表于 2016-3-18 06:46
经典,颠覆

谢谢您的关注。
安防防雷3:里面有各类观点的博弈,多看看有益。
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