Защита систем видеонаблюдения от грозовых перенапряжений
Примеры выбора и установки устройств защиты от импульсных перенапряжений
I. Краткий анализ путей решения проблемы защиты от перенапряжений оборудования системы видеонаблюдения ПС 750 кВ.
Рассмотрим возможные пути решения защиты оборудования видеонаблюдения на примере реального объекта — подстанции ПС 750 кВ.
Для передачи видеосигнала на большие расстояния, конечно же, лучше использовать оптоволоконные кабели. Во-первых, это улучшит качество видеосигнала, во-вторых, позволит значительно снизить вероятность повреждения оборудования на приемной стороне (на посту видеонаблюдения). Возможно, конечно, применение симметричной пары, но это усложнит решение проблемы электромагнитной совместимости и защиты приемного оборудования от занесенных токов и перенапряжений. Коаксиальные кабели по известным всем причинам на больших расстояниях не используются.
Видеокамеры не рекомендуется устанавливать на порталах и осветительных мачтах (об этом говорилось в начале статьи). Но если заказчик настаивает на этом с точки зрения возможности лучшего обзора и качества «картинки», то он должен быть готов при этом держать в ЗИПе достаточное количество камер и менять их при выходе из строя после прямого удара молнии в перечисленные ранее элементы объекта. Следующим вопросом становится необходимость защиты связанного с такими камерами оборудования преобразования сигналов и исключения распространения волны перенапряжения по коммуникационным связям к удаленному оборудованию и другим камерам. Для защиты оборудования системы видеонаблюдения ПС 750 кВ от воздействия импульсных перенапряжений и токов, возникающих в элементах металлоконструкций и кабельных линиях при прямом или близком ударе молнии, предлагаются следующие решения.
1. Шкафы с оборудованием преобразования видеосигнала и другим вспомогательным оборудованием рекомендуется размещать на расстоянии не менее 5 м от молниеприемников (порталов) в случае стесненных условий или на расстоянии не менее 10 м в обычных условиях. Кабельные линии к установленным на порталах видеокамерам рекомендуется прокладывать в заземленных металлических трубах, коробах или металлорукавах. Выполнение данного пункта позволит (за счет удаления от места протекания тока молнии и точки его входа в заземляющее устройство) уменьшить:
- влияние электромагнитного поля на оборудование шкафа и подводимые к нему линии;
- величину броска потенциала на заземленных элементах оборудования, размещенного в шкафу, который может возникнуть в случае прямого удара молнии в металлические конструкции портала, что, в свою очередь, уменьшит значение перенапряжения между заземленными и незаземленными элементами оборудования и, соответственно, вероятность его выхода из строя.
Примечание. Данный пункт рекомендован специалистами компании «Эзоп» (Москва) на основании требований РД 34,20.116-93 «Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех».
2. Для защиты оборудования в шкафах, установленных вблизи порталов или других молниеприемников, от перенапряжений значительных величин, возникающих при прямом ударе молнии в портал, необходимо установить на входящих и выходящих из каждого типа оборудования питающих и сигнальных линиях устройства защиты от импульсных перенапряжений. Параметры этих УЗИП выбираются с учетом значений рабочих сигналов и напряжений и ожидаемых импульсных токов и напряжений. Практическое определение величин импульсных токов и перенапряжений возможно только путем выполнения обследования электромагнитной обстановки. Предлагаемый ниже метод является оценочным и поэтому имеет большую погрешность, т. к. не может учесть все влияющие факторы, но тем не менее поясняет суть принятого технического решения.
Считаем, что размещение шкафов выполнено с учетом выше-указанного пункта 1. Стандарты МЭК предполагают, что амплитудное значение импульса тока молнии может достигать значения Iimp — 200 кА (формы 10/350 мкс, смотрите таблицу 2.4 [1]). При ударе молнии в портал или мачту освещения (связи) ток молнии будет стекать на заземленный фундамент такого молниеприемника и его молниезащитное заземление. Считаем, что у мачты это одна точка, а у портала две. Т.е. для портала в идеальном случае ток разделится пополам. Для мачты такого деления не произойдет (рис. 1а, б).
При стекании тока с токоотвода молниеприемника на заземляющее устройство часть тока (по МЭК — 50%) будет рассеяна на заземляющем устройстве, оставшаяся часть (50%) будет растекаться через имеющиеся металлические связи и коммуникации приблизительно в равных пропорциях. Так как заземляющее устройство электрической подстанции, как правило, имеет очень низкое сопротивление токам растекания, данное соотношение может фактически оказаться с некоторым превышением в сторону растекания на заземляющем устройстве, например, 60% на заземление, 40% на линии коммуникаций. Таким образом, для одиночной мачты при самых худших ожиданиях через камеру и подключенные от нее к шкафу линии может стекать до 40% тока молнии. Этот ток будет делиться приблизительно поровну между проводниками данных линий. Их количество может составить, например: в случае, когда к камере подключена питающая линия 220 В (3 проводника — L, N и РЕ) и коаксиальный кабель (2 проводника — экран и центральная жила), итого — 5 проводников. При этом в каждом из 5 проводников этих линий могут протекать до 8% (40% : 5) от общего тока молнии 200 кА, т.е. приблизительно 16 кА (формы 10/350 мкс).
Для портала ток молнии поделится по 50% на каждую опору. С учетом рекомендаций МЭК, приведенных выше, через камеру и подключенные к ней линии в худшем случае будет протекать до 20% общего тока молнии. Таким образом, в каждом из 5 проводников будет протекать 4% (20% : 5) от общего импульсного тока молнии 200 кА, т.е. приблизительно 8 кА (формы 10/350 мкс).
Исходя из этих, конечно же, приблизительных расчетов можно подобрать УЗИП для каждого типа технологического оборудования (основные параметры УЗИП приведены в таблице 1).
Таблица 1
|
Тип устройства
|
Номин. напр. UN
|
Макс, напр. Uc
|
Класс устройства (ГОСТ Р 51992-2002)
|
Ипульсный ток Iimp (10/350 мкс)
|
Импульсный ток ln/Imax (8/20 мкс)
|
Уровень защиты Up (при 1П)
|
|
SPC 1-150
|
230 В
|
275 В
|
I-II
|
20 кА
|
80 кА / 150 кА
|
1 700 В
|
|
SPC 1-90
|
230 В
|
275 В
|
I-II
|
12 кА
|
50 кА / 90 кА
|
1 400 В
|
|
SPU 1-240
|
230 В
|
320 В
|
II
|
–
|
20 кА / 40 кА
|
1 300 В
|
|
ZS-1I
|
230 В
|
275 В
|
III
|
–
|
2 кА / 4,5 кА
|
<1 200 В
|
|
DTNVR 1/12/5А
|
12 В
|
14,4 В
|
III
|
–
|
1 кА / 2 кА
|
56 В
|
|
H 30*
|
6/12 В
|
–
|
–
|
–
|
1 кА / 5 кА
|
22/44 В
|
Выбор типа УЗИП
1. Технические решения по защите оборудования, установленного в шкафу.
В описанном выше конкретном случае видеокамеры были размещены на порталах, питание камер осуществлялось от сети переменного тока 220 В. Передача видеосигнала от точки установки камеры до шкафа проходила по коаксиальному кабелю, далее по оптоволоконной линии к пульту диспетчера. Соответственно, в каждом шкафу находился преобразователь видеосигнала с коаксиального кабеля в оптоволоконный, блок питания 12 В для работы преобразователя, термоэлемент (для подогрева шкафа) и устройства защиты от импульсных перенапряжений разных типов. Главной целью применения УЗИП была защита оборудования шкафа, линий, уходящих от него к диспетчерскому пульту, и непосредственно самого пульта от воздействия импульсных перенапряжений и заноса высокого потенциала при прямом ударе молнии в портал.
Для защиты оборудования, установленного в шкафу, необходимо применить следующие защитные устройства.
Линия питания 220 В, видеокамеры и блока питания 220 В. В шкафу в точке коммутации линии питания после автоматического выключателя по ходу энергии установить устройство SPC1-150. Данное устройство необходимо для защиты и уравнивания потенциалов в цепи 220 В блока питания 12 В, видеокамеры и защиты линии питания в сторону пульта диспетчера.
Выход 12 В блока питания преобразователя. В шкафу на выходе 12 В блока питания установить устройство DTNVR 1/12/5A. Данное устройство позволит защитить от перенапряжений выходные цепи 12 В блока питания и входные цепи питания 12 В преобразователя от перенапряжений, возникающих при подбросе потенциала земли во время удара молнии в портал и отекании ее тока на заземляющее устройство.
Коаксиальная линия от камеры видеонаблюдения к преобразователю. Внутри шкафа, желательно ближе к защищаемому оборудованию (и при этом как можно ближе к заземляющей клемме шкафа), установить устройство Н 30. Данное устройство необходимо для уравнивания потенциалов между заземляющей шиной шкафа, экранной оболочкой кабеля и его центральной жилой на входе в преобразователь.
2. Технические решения по защите видеокамер.
Применение УЗИП для защиты видеокамер, установленных на порталах или других молниеприемниках, является недостаточной мерой при прямом ударе молнии. Воздействие сильного электромагнитного поля на электронные элементы и узлы видеокамеры может вызвать перенапряжение внутри ее схемы, что приведет к ее выходу из строя. В данной ситуации целесообразно определить устойчивость камеры к воздействию электромагнитных полей в соответствии с требованиями стандартов по ЭМС и путем расчетов определить точки в пространстве, где поля будут экранироваться или компенсировать друг друга. И соответственно, надо устанавливать видеокамеры в данных точках.
Для защиты видеокамер от наводок при удаленном ударе молнии необходимо применить следующие УЗИП.
Линия питания 220 В видеокамеры. В распределительной коробке возле видеокамеры установить УЗИП III класса ZS-1I (с гибкими выводами) или более мощное УЗИП II класса SPU1-240 (для монтажа на DIN-рейку). Данное устройство необходимо для защиты входа 220 В видеокамеры от наводок при близких ударах молнии. Прямой удар молнии в портал (мачту) приведет к прогнозируемому выходу из строя данного защитного устройства, так как оно рассчитано на пропускание импульсных токов меньшей величины и формы 8/20 мкс.
Коаксиальная линия от камеры видеонаблюдения к распределительной коробке. Внутри коробки установить устройство Н 30. При этом обязательно заземлить его заземляющий вывод. Данное устройство необходимо для уравнивания потенциалов между экранной оболочкой кабеля и его центральной жилой на входе в видеокамеру.
Выводы заземления защитных устройств и кожуха видеокамеры необходимо заземлить в одной точке, максимально приближенной к видеокамере. Щиток также необходимо разместить рядом с видеокамерой.
3. Технические решения по защите оборудования поста видеонаблюдения.
В описанном выше варианте видеосигналы передавались от видеокамер к посту видеонаблюдения по оптоволоконным линиям, которые не подвержены воздействиям перенапряжений и в защите не нуждаются. В данном случае остается необходимость защиты оборудования поста только со стороны электропитающего ввода при помощи УЗИП типа SPC1-90 или SPC3-90, в зависимости от этого используется однофазный или трехфазный ввод.
II. Защита системы видеонаблюдения частного дома (коттеджного поселка) в пригородной зоне.
Для защиты оборудования системы охранного видеонаблюдения коттеджа в пригородной зоне с охраняемой территорией от воздействия импульсных перенапряжений и токов, возникающих в результате наводок при удаленном ударе молнии, предлагается возле каждой видеокамеры установить щиток с устройствами защиты от импульсныхперенапряжений:
- для защиты входа линии питания 220 В видеокамеры рекомендуется установить УЗИП III класса ZS-1I (с гибкими выводами) или Рк-2 (для монтажа на DIN-рейку);
- для защиты коаксиального входа камеры видеонаблюдения рекомендуется установить устройство H З0;
- заземляющие клеммы защитных устройств и термобокса камеры, а также РЕ проводник питающей линии необходимо подключить к заземляющей шине щитка.
Для обеспечения мер электробезопасности обслуживающего персонала и повышения эффективности работы устройств защиты желательно создать периметральный контур заземления, состоящий из нескольких локальных заземляющих устройств, соединенных кольцевым медным заземляющим проводником типа ПВ-1 сечением не менее 16 кв. мм (можно применить стальную полосу 4x40 мм). К данному проводнику необходимо подключить заземляющую шину защитного щитка каждой видео-камеры.
Для защиты оборудования, размещенного в домике охраны, рекомендуется применить:
- для защиты со стороны ГРЩ линии питания стабилизатора напряжения 220 В (UPS) рекомендуется установить на его входе УЗИП I-II класса SPC-1.1-90 или аналогичного трехфазного УЗИП SPC-3.1-90 (для монтажа на DIN-рейку);
- для защиты выхода стабилизатора (UPS) и другого оборудования, находящегося в домике охраны, со стороны линии питания камер периметрального видеонаблюдения рекомендуется установить на выходе линии питания из здания УЗИП I-II класса SPC-1-90 (для монтажа на DIN-рейку);
- для защиты видеовходов оборудования в домике охраны рекомендуется установить устройства Н 30 на каждую входящую линию.
Заземление всех УЗИП выводить на защитное заземление домика. Схему электропитания домика охраны выполнить по типу TN-C-S. В качестве заземляющих устройств для домика охраны и периметра рекомендуется применить глубинные заземлители на основе омедненных стальных стержней диаметром 17,2 мм.
Ориентировочные глубины заземляющих устройств и их сопротивления:
- до 20 м (в зависимости от удельного сопротивления грунта) для защитного заземления домика охраны, сопротивление менее 40 м;
- 10–15 м (в зависимости от удельного сопротивления грунта) для локальных заземлителей периметрального заземляющего контура, сопротивление менее 100 м для одного электрода. Локальные заземлители рекомендуется размещать на расстоянии не более 100 м друг от друга.
Таблица 2
|
Тип устройства
|
Номин. напр. UN
|
Макс. напр. Uc
|
Класс устройства (ГОСТ Р 51992-2002)
|
Импульсный ток1п/1mах (8/20 мкс)
|
Уровень защиты Up (при 1П)
|
|
SPC 1.1-90 кА
|
230 В
|
275 В
|
I-II
|
50 кА / 90 кА
|
1 400 В
|
|
ZS-1I
|
230 В
|
275 В
|
III
|
2 кА / 4,5 кА
|
<1 200 В
|
|
Pk-2
|
230 В
|
275 В
|
III
|
4 кА / 8 кА
|
<1 200 В
|
|
H З0*
|
6/12 В*
|
–
|
–
|
1 кА / 5 кА
|
22/44 В*
|
Схема подключения УЗИП приведена на рисунке 1(а, б), а их параметры — в таблице 2.
Литература
1. СО-153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций».
2. Л. В. Казанцева «Пособие по выполнению заземления и уравнивания потенциалов оборудования информационных технологий. Меры защиты от электромагнитных воздействий». — ОАО «НИИПроектэлектромонтаж», Москва, 2004 г.
3. IEC-62305 «Защита от удара молнии». Части 1–5.
4. IEC-61643-12 (2002) «Устройства защиты от перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии. Часть 12. Выбор и принципы применения».
5. ГОСТ Р 50571.19-2000 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 443. Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений».
6. ГОСТ Р 50571.20-2000 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 444. Защита электроустановок от перенапряжений, вызванных электромагнитными воздействиями».
7. ГОСТ Р 50571.21-2000 «Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж оборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации».
8. ГОСТ Р 50571.22-2000 «Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным электроустановкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации».
9. ГОСТ Р 50571.26-2002 «Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 534. Устройства для защиты от импульсных перенапряжений».
10. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний».
11. ПУЭ (7-е изд.)
| Автор: А. Л. Зоричев Дата: 31.01.2007 Журнал Стройпрофиль 1-07 Рубрика: электротехническое оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |