Заземление в системах телевидения

Системы охранного телевидения по своей сути являются разновидностью телевизионных систем, их еще называют системами замкнутого телевидения. Основы и особенности построения телевизионных систем преподаются на кафедрах телевидения и радиовещания в ВУЗах. Но к великому сожалению специалистов, прошедших обучение в таких ВУЗаз, крайне мало. Цель этой статьи популярно рассказать о тех самых основах и привести практические примеры того, чего и как делать нужно, а чего нет.

Так вот, начать хочется именно с начала, то есть с проектирования системы замкнутого телевидения. Кто-то, читая эти строки, подумает или скажет, что начало, это вовсе не проектирование, а разработка технического задания. Это верно, но как правило, заказчик в техническом задании ограничивается скупым пунктом о том, что необходимо выполнить заземление оборудования в соответствии с действующими ГОСТ, СНиП и РД. И вот тут уже должна начать работать мысль проектировщика.

Давайте вспомним какие руководящие документы в области телевидения вообще имеются. Начнем конечно же с ГОСТов:

1. ГОСТ 7845-92 Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений;
2. ГОСТ 21879-88 Телевидение вещательное. Термины и определения;
3. ГОСТ 23456-79 Установки телевизионные прикладного назначения. Методы измерений и испытаний;
4. ГОСТ Р 50725-94 Соединительные линии в каналах изображений. Основные параметры. Методы измерений.

В перечисленных стандартах содержаться основные требования к качеству и характеристикам телевизионного сигнала, соединительных линий в каналах изображений и самой системе.

Рассмотрим теперь руководящие документы, содержащие более конкретные требования к проектированию и монтажу систем связи и телевизионных систем в частности. Напомню, что нас интересует именно требования по исполнению заземления:

1. Ведомственные строительные нормы. Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений. ВСН 116-93. Минсвязи России, Гипросвязь, Москва, 1993;

Пункт 12.1., указанного документа гласит: «При проектировании заземляющих устройств на линейных сооружениях связи следует руководствоваться требованиями и нормами ГОСТ 464-79 (ниже посмотрим, о чем идет речь в этом ГОСТе), «Руководством по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов», Минсвязи СССР, а также «Рекомендации по вопросам оборудования заземлений и заземляющих проводок ЛАЦ и НУП Минсвязи СССР.»

2. ГОСТ 464-79. «Заземления для стационарных установок проводной связи, радиорелейных станций, радиотрансляционных узлов проводного вещания и антенн систем коллективного приема телевидения». На мой взгляд очень грамотный документ. Цитирую:

«Настоящий стандарт распространяется на станционные и линейные сооружения установок проводной связи, радиорелейные станции, радиотрансляционные узлы проводного вещания (ПВ), установки избирательной железнодорожной связи и антенн систем коллективного приема телевидения (СКПТ), для которых оборудуют стационарные заземляющие устройства, и устанавливают нормы сопротивления заземляющих устройств, обеспечивающих нормальную работу сооружений и установок, перечисленных выше, а также безопасность обслуживающего персонала.



1.1. К рабоче-защитному или защитному заземляющему устройству при помощи заземляющих проводов кратчайшим путем должны быть подключены:

• один из полюсов электропитающей установки;
• нейтраль трансформаторов, вывод источника однофазного тока трансформаторной подстанции или собственной электростанции, питающей оборудование предприятий связи, радиорелейную станцию или станцию ПВ;
• металлические части силового, стативного и коммутаторного оборудования;
• металлическая опорная эквипотенциальная поверхность электронных телефонных станций;
• металлические трубопроводы водопровода и центрального отопления и других металлических конструкций внутри здания;
• экраны аппаратуры и кабелей;
• металлические оболочки кабелей, элементы схем защиты, молниеотводы; (вот два пункта, которые, на мой взгляд, и определяют требования по заземлению телевизионного оборудования и его соединительных линий);
• антенны СКПТ, подлежащие молниезащите в соответствии с нормативно-технической документацией (далее — НТД).

Число заземляющих проводов и порядок подключения к ним аппаратуры и оборудования устанавливают в НТД на аппаратуру конкретного вида.

1.9. При эксплуатации заземляющих устройств следует проверять их сопротивления с периодичностью:

• два раза в год — летом (в период наибольшего просыхания грунта) и зимой (в период наибольшего промерзания грунта) — на междугородных, городских и сельских телефонных станциях, телеграфных станциях, телеграфных трансляционных, оконечных и абонентских пунктах;
• раз в год — летом (в период наибольшего просыхания грунта) — на радиорелейных станциях, на станциях и подстанциях радиотрансляционных узлов;
• раз в год — перед началом грозового периода (апрель — май) — в необслуживаемых усилительных пунктах (НУП) и регенерационных пунктах (РП) междугородной, городской и сельской связи; для контейнеров аппаратуры систем передачи (ИКМ-30 и др.);
• раз в год — перед началом грозового периода — на кабельных и воздушных линиях связи и радиотрансляционных сетей, у кабельных опор и опор, на которых установлены средства защиты, на абонентских пунктах телефонных и радиотрансляционных сетей, у понижающих трансформаторов таксофонных кабин;
• не реже раза в год (перед началом грозового периода) — для антенн систем коллективного приема телевидения.»
3. ОСТН-600-93. Отраслевые строительно-технологические нормы на монтаж сооружений и устройств связи, радиовещания и телевидения.

Речь в этом документе идет о требованиях к монтажу. А что касается заземления, то в пункте 2.203. сказано: «Состав и конструкция заземлении(рабочего, за­щитного или рабочезащитного, молниезащитного, измерительного), схема подключения к ним элементов станции, а также тип    и сечение заземляющих проводников должны устанавли­ваться проектом.»

Данный документ очень верно возвращает нас к проектной документации.

4. СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства.



В данном документе также изложены конкретизирующие требования по подключению и соединению заземляющих проводников и устройств.

В пункте 3.247. сказано: «Каждая часть электроустановки, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий или защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки не допускается.»

5. Есть еще ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность защитное заземление. Зануление.

Содержит достаточно конкретнее требования. Для телевизионных систем он подходит только в части касающейся электробезопасности.

6. И наконец, уж казалось бы совсем документ по вопросу статьи:

МВД РФ ГУВО. Проектирование и монтаж систем охранного телевидения и домофонов. Рекомендации. Р 78.36.008-99. Москва 1999.

Что касается заземления, то в нем, очень кстати, изложены рекомендации по предотвращению возникновения так называемой «земляной петли» в системах охранного телевидения.

Посмотрим пункт 4.7.2 «Земляная петля».

«Земляная петля — ситуация, когда коаксиальный кабель, по которому передается видеосигнал, соединяет корпуса двух приборов, объединенных общей системой питания. В этом случае по экрану коаксиального кабеля также начинает протекать некоторая доля тока питания, который потребляет находящееся рядом оборудование (подъемный кран, сварочный аппарат и др.). Таким образом, на внешнем экранирующем проводнике коаксиального кабеля образуется перепад напряжения (может достигать от нескольких единиц до десятков вольт) с частотой питающей сети (50 Гц). Поскольку напряжение видеосигнала измеряется относительно экрана, то этот перепад попадает в видеосигнал. В результате (при передаче на удаленный пункт наблюдения видеосигнала, в котором заземление находится при другом потенциале) на видеомониторе появляются искажения, что делает видеоизображение неприемлемым. Основными методами борьбы с земляной петлей являются:

• применение ТК с двойной изоляцией, тщательно изолирующей телекамеру от кожуха и кронштейна крепления;
• применение изолирующего трансформатора для развязки сигнальной линии и разрыва земляной петли. Его корпус следует заземлить (монитор также должен быть заземлен), поэтому трансформатор необходимо располагать в непосредственной близости от монитора.»

В принципе очень коротко, но ёмко изложена проблема возникающая при построении систем замкнутого и охранного телевидения.

Таким образом, обобщив все документы, можно сделать вывод:

Что конкретных требований, применительно к системам замкнутого телевидения или прикладным телевизионным установкам, в руководящих документах не содержится. Решение по схеме заземления оборудования систем замкнутого телевидения должен принимать проектировщик и оформлять это решение в проекте. Для этого он должен очень тщательно, основываясь и учитывая требования всех вышеперечисленных руководящих документов, руководств по эксплуатации и монтажу применяемого им в проекте оборудования, определить места размещения заземляющих устройств, подключаемое к ним оборудование и схемы подключения.

При этом необходимо помнить, что на корпусах, шасси и общих шинах оборудования, используемого в системах охранного телевидения, и питающегося от промышленной сети, как правило, присутствует тот или иной наведенный потенциал промышленной частоты. Причиной этого являются емкостные и резистивные утечки в блоках питания этих устройств, наведенные потенциалы от внешних электромагнитных полей, случайные контакты с инженерными или строительными конструкциями и т.д.

Кардинальным решением этого вопроса является хорошее индивидуальное заземление корпусов оборудования. Необходимо акцентировать внимание на надежность контактных соединений заземляющих проводников. Уделить особое внимание качеству заземления всего приемного и передающего оборудования, экранов кабелей и элементов грозозащиты.

При построении систем замкнутого телевидения с использованием волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), заземлять следует экраны коаксиальных кабелей или передатчики оптические, если на них имеется клемма заземления. Блоки грозозащиты, как правило, устанавливают в термокожухах, но это не совсем правильно, наилучший вариант установить его снаружи в коробке и заземлить через клемму заземления.

На приемной стороне, блоки питания приемников ВОЛС и все оборудование системы в аппаратной (коммутаторы, квадраторы, регистраторы) заземляют, как правило, через заземляющий контакт розеток, так как практически все перечисленное оборудование изготавливается с трех контактными вилками «Schuko» (произносится «Шуко»), это разговорное название системы cиловых вилок и розеток для переменного тока, официально определённой в стандарте CEE 7/4 или известной неофициально как «Тип F», что просто указывает на то, что вилка и розетка снабжены контактами защитного заземления. Соответственно необходимо проверить в электрощитке наличие, надежность подключения и работоспособность земляного провода.

При построении систем замкнутого телевидения с использованием коаксиальных кабелей заземляют экраны кабелей, причем исключительно на стороне приемного оборудования. Все оборудование необходимо заземлять в одной точке, в аппаратной. Телекамеры имеют изолированный корпус и земляться через нулевой или минусовой провод электропитания. Электропитание предпочтительно на все телекамеры подавать от единого источника электропитания, из аппаратной. Но это идеальный случай.

Также очень важно и предпочтительно осуществлять подключение телекамер от отдельного от других систем источника электропитания из аппаратной., имеется ввиду от одной фазы, из отдельного щитка, при питании 220В, или от отдельного блока питания, при питании постоянным током или переменным 24В. Поверьте, это важно! Данное требование необходимо обязательно учитывать в проектной документации или рабочих чертежах. Обусловлено это удобством и безопасностью в ходе дальнейшей эксплуатации. Не нужно будет лезть в общий с другими системами электрощит, если вдруг потребуется что-то перекоммутировать или подключить дополнительного потребителя. Замкнуть не нужные контакты очень просто, когда работы производятся в общем электрощите.

Вот примерная электрическая схема подключения устройств системы охранного телевидения исходя из всех вышеперечисленных требований.

Родионов Д.В. — инженер ФГУП ВНИИНС
Опуликовано на сайте sec.ru

Сечения проводников заземления

_{Щелкните мышкой по изображению чтобы увеличить.}

Защита коаксиальных линий от импульсных перенапряжений

Далее будут рассмотрены лишь вопросы, связанные с защитой от грозовых и коммутационных перенапряжений проектируемых, а так же находящихся в эксплуатации систем.

1. Общие принципы защиты оборудования

Основными техническими мероприятиями в области защиты от импульсных перенапряжений, возникающих между различными элементами и составными частями изделия или объекта в целом при прямом или близком ударе молнии, являются:

• Создание системы внешней молниезащиты
• Создание качественного заземляющего устройства для отвода на него импульсных токов молнии;
• Экранирование оборудования и линий, входящих в него, от воздействия электромагнитных полей, возникающих при протекании токов молнии по металлическим элементам системы молниезащиты, строительным металлоконструкциям и другим проводникам при близком размещении оборудования к ним
• Создание системы уравнивания потенциалов внутри объекта или в точке установки видеокамеры, путем соединения при помощи потенциалоуравнивающих проводников всех металлических элементов объекта или частей оборудования (за исключением токоведущих и сигнальных проводников)
• Установка на всех линиях, входящих в объект (или отдельно размещенное оборудование), устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), с целью уравнивания потенциалов токоведущих или сигнальных проводников относительно заземленных элементов и конструкций объекта. Иногда может понадобиться защита и внутренних линий, соединяющих различное оборудование, например, шины постоянного тока на выходе выпрямителя и т.д.

Из вышесказанного следует, что проблема защиты от импульсных грозовых перенапряжений может быть решена только комплексным путем, при условии выполнения всех перечисленных мероприятий. Рассмотрим более подробно соответствующие им системы, устройства и технические решения.

1) Система внешней молниезащиты.

Система внешней молниезащиты важна с точки зрения защиты объекта от прямого попадания молнии, уменьшения амплитудного значения токов растекания по его металлическим конструкциям, корпусам установленного внутри объекта оборудования и кабельным линиям, подключенным к нему, а так же для предотвращения искрения и возможности возникновения пожара. Достигается это за счет создания путей отвода токов молнии к заземляющему устройству по специально проложенным токоотводам. Система внешней молниезащиты может быть выполнена в соответствии с рекомендациями «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений», РД 34.21.122-87 или «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», СО–153-34.21.122-2003. Обе инструкции носят рекомендательный характер и до выхода соответствующего технического регламента могут быть использованы при решении задач проектирования и строительства объектов самого разного назначения.

Система внешней молниезащиты обязательно должна быть установлена на здании, в котором находится приемное оборудование системы видеонаблюдения. Это так же может быть дополнительно мотивировано наличием в сооружении других чувствительных к перенапряжениям и помехам электронных систем, таких как: интеллектуальный дом, компьютерные сети, сети связи, передачи данных и т.п. Так же необходимо учитывать зоны защиты, образованные зданиями, отдельно стоящими молниеприемниками, осветительными мачтами и другими строительными конструкциями при размещении наружных камер видеонаблюдения.

Сразу стоит обратить особое внимание на то, что камеры, установленные на отдельно стоящих молниеприемниках, порталах или прожекторных мачтах не будут защищены от прямого удара молнии. Ток молнии, стекающий по телу молниеприемника, будет протекать и по корпусам видеокамер, а так же создаст электромагнитное поле такой большой напряженности, которое вызовет индуцированные токи и перенапряжения внутри гермобокса камеры и ее электронной схемы. Это приведет к практически гарантированному выходу видеокамеры из строя. С целью исключения описанной выше ситуации необходимо размещать видеокамеры на отдельной стойке, отстоящей от молниеприемника на расстоянии 5-10 м, но при этом в зоне его защиты.

Проблемы с вопросами ЭМС могут возникнуть так же при размещении видео камер на стенах здания непосредственно вблизи от токоотводов системы молниезащиты. В этом случае необходимо устанавливать их не ближе 5 м от токоотводов. Однако в реальности это расстояние может оказаться меньшим, что будет определяться расстоянием между токоотводами в случае частого шага их следования. При размещении камер на здании так же необходимо учитывать зоны защиты, создаваемые его строительными конструкциями и имеющимися элементами внешней системы молниезащиты. В некоторых случаях (установка камеры на козырьке крыши или на пристройке к зданию и т.п.) может появиться необходимость в доработке системы молниезащиты с целью создания дополнительной зоны защиты видеокамеры (см. рис. 1). Необходимо отметить, что при отсутствии определенного опыта в проектировании систем молниезащиты, подобных вариантов размещения стоит избегать или обращаться за помощью в специализированные организации. 

Рис.1 α- защитный угол

2) Заземляющее устройство системы молниезащиты

Заземляющее устройство системы молниезащиты предназначено для отвода токов молнии в землю и должно иметь непосредственную электрическую связь с защитным заземляющим устройством электроустановки (с целью уравнивания потенциалов при ударе молнии). При этом, чем более низкое сопротивление будет имеет заземляющее устройство системы молниезащиты, тем ниже будет значение потенциала на главной заземляющей шине (ГЗШ) объекта при ударе молнии, что, соответственно, уменьшит амплитудные значения перенапряжений в силовых и сигнальных цепях и на входах оборудования. 

3) Экранирование оборудования и линий

Экранирование оборудования, электропитающих и сигнальных кабелей позволяет минимизировать значения токов и напряжений, которые могут быть индуцированы в них при воздействии сильных электромагнитных полей. Например, кабели периметральной системы видеонаблюдения целесообразно разместить в металлическом коробе, разделенном на отдельные секции для питающих и сигнальных (слаботочных) кабелей (см. рис. 2). Когда масштабы объекта и его значимость велики, и к тому же помимо системы видеонаблюдения по периметру установлены и другие охранные или вспомогательные системы контроля, то такой способ прокладки кабелей вполне экономически обоснован, другие системы тоже выиграют в защищенности. Единственное, необходимо обеспечить электрическую целостность этого, как правило, сборного короба путем соединения его отдельных частей между собой. Соединения могут осуществляться при помощи сварки сплошным швом, болтовыми, винтовыми, клепанными соединениями, а так же гибкими металлическими перемычками. При этом особое внимание необходимо уделять качеству зачистки соединяемых поверхностей и вопросам их коррозионной устойчивости. Крышки металлических коробов должны отвечать тем же требованиям, что и сами короба.

И присоединяться к ним как минимум на обоих концах. Подробно пути решения этих вопросов рассматриваются в [2, 3]. Другие дополнительные требования по экранированию оборудования и кабелей могут быть указаны в различных ведомственных нормативных документах, с учетом специфики конкретных объектов.
Часто случается, что необходимость экранировки возникает и внутри объекта, при плохих экранирующих свойствах строительных конструкций (дерево, кирпич), при сложной электромагнитной обстановке внутри объекта (наличие источников сильных электромагнитных полей), при близкой прокладке с посторонними кабелями и коммуникациями, имеющими выход за пределы здания в зоны молниезащиты 0А или 0В [1, 3] и т.п. 

4) Создание системы уравнивания потенциалов

Система уравнивания потенциалов на любом объекте важна, прежде всего, с точки зрения обеспечения электробезопасности персонала при коротких замыканиях в оборудовании на корпус, а так же при растекании токов молнии при прямом ударе в объект или в случае заноса опасных токов и напряжений через входящие линии и коммуникации. Основные требования к этой системе определены ПУЭ главой 1.7 и ГОСТ Р 50571. Так же очень важное значение имеет система уравнивания потенциалов с точки зрения защиты от перенапряжений самого оборудования. Хорошо известно, что если в некоторой системе удается достигнуть равенства потенциалов между ее различными элементами (корпусами оборудования, электропитающими и сигнальными проводниками), то перенапряжений, способных вызвать пробой изолирующих материалов в такой системе не будет.

Система уравнивания потенциалов должна создаваться и для каждой видеокамеры в месте ее установки (см. рис. 3). Она подразумевает под собой создание некой физической точки (шины, клеммы), размещенной в непосредственной близости от видеокамеры, ее блока питания и другого вспомогательного оборудования. С этой точкой медными проводниками по максимально возможному кратчайшему пути необходимо соединить заземляющие клеммы камеры (гермокожуха), блока питания и устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) цепей питания и видеосигнала. К этой точке (шине необходимо так же подключить РЕ проводник питающей линии и проводник от заземляющего устройства. Вопрос о том заземлять или не заземлять экран коаксиального кабеля с точки зрения защиты от помех останется за рамками данной статьи, так как публикаций на эту тему написано уже достаточно много. В любом случае при использовании УЗИП для коаксиальной линии, экран кабеля и центральная жила через разрядник и супрессорные диоды будут связаны с заземляющим устройством и потенциалы между ними будут уравниваться при возникновении импульсных перенапряжений (см. схему на рис. 4).

Рис. 3

 

Рис. 4

5) Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений

Как уже говорилось, элементы системы видеонаблюдения в зависимости от места их размещения на объекте могут иметь различную степень защищенности при ударе молнии.
Для защиты входов электропитания и сигнальных цепей применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений разных типов и конструкций. При этом четко должно выполняться следующее правило: все линии приходящие со стороны Зоны 0 должны иметь надежно заземленные на ГЗШ экранные оболочки. Кроме того, рабочие проводники этих кабелей должны быть так же подключены к общей системе уравнивания потенциалов через УЗИП.

2. Примеры выбора и установки устройств защиты от импульсных перенапряжений

1) 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. В первую очередь, это скажется в лучшую сторону на качестве видеосигнала, во вторую очередь, 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 готов при этом держать в ЗИПе достаточное количество камер и менять их при выходе из строя после прямого удара молнии в перечисленные выше 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 видео наблюдения ПС 750 кВ от воздействия импульсных перенапряжений и токов, возникающих при прямом или близком ударе молнии в элементах металлоконструкций и кабельных линиях, 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 уменьшить (за счет удаления от места протекания тока молнии и точки его входа в заземляющее устройство):
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. Это, в свою очередь, уменьшит значение перенапряжения между заземленными и не заземленными элементами оборудования и, соответственно, вероятность его выхода из строя.
Примечание: данный пункт рекомендован специалистами ООО «ЭЗОП» г. 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 пункта 1. Стандарты МЭК предполагают, что амплитудное значение импульса тока молнии может достигать значения Iimp = 200 кА (формы 10/350 мкc). Смотри 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 (см. рис. 5 а, 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 реально 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 PE) и коаксиальный кабель (2 проводника — экран и центральная жила), итого – 5 проводников. При этом в каждом из 5 проводников этих линий могут протекать до 40 %: 5 = 8 % от общего тока молнии 200 кА, т.е. приблизительно 16 кА (формы 10/350 мкc).
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 20 % : 5 = 4 % от общего импульсного тока молнии 200 кА, т.е. приблизительно 8 кА (формы 10/350 мкc).

Рис.5 а) Удар молнии в мачту освещения (связи).   б) Удар молнии в портал.

Исходя из этих, конечно же приблизительных, расчетов можно подобрать УЗИП для каждого типа технологического оборудования (основные параметры УЗИП приведены в Таблице 1)

Таблица 1

* При выборе устройства необходимо определить значения напряжение видеосигнала в линии: 6 или 12 В, волновое сопротивление 50 или 75 Ом, тип разъемов F или M.

Выбор типа УЗИП

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 осуществлялась по коаксиальному кабелю, далее по оптоволоконной линии к пульту диспетчера. Соответственно, в каждом шкафу находился преобразователь видео сигнала 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 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 стекании 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.

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 перенапряжения 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, 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 того используется однофазный или трехфазный ввод.

2) Защита системы видеонаблюдения частного дома (коттеджного поселка) в пригородной зоне

Для защиты оборудования системы охранного видео наблюдения коттеджа в пригородной зоне с охраняемой территорией от воздействия импульсных перенапряжений и токов, возникающих в результате наводок при удаленном ударе молнии, предлагается следующее решение:
 

• Возле каждой видеокамеры установить щиток с устройствами защиты от импульсных перенапряжений:

— для защиты входа линии питания 220 В видеокамеры рекомендуется установить УЗИП III класса ZS-1I (с гибкими выводами) или Pk-2 (для монтажа на DIN-рейку).

— для защиты коаксиального входа камеры видеонаблюдения рекомендуется установить устройство Н 30. 

• Заземляющие клеммы защитных устройств и гермобокса камеры, а так же 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 мм2 (можно применить стальную полосу 4х40 мм). К данному проводнику необходимо подключить заземляющую шину защитного щитка каждой видеокамеры.
• 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 видео наблюдения рекомендуется установить на выходе линии питания из здания УЗИП I-II класса SPC-1-90 (для монтажа на DIN-рейку);

— для защиты видео входов оборудования в домике охраны рекомендуется установить устройства Н 30 на каждую входящую линию.

• Заземление всех УЗИП осуществлять 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 4 Ом.
• 10-15 м (в зависимости от удельного сопротивления грунта) для локальных заземлителей периметрального заземляющего контура, сопротивление менее 10 Ом для одного электрода. Локальные заземлители рекомендуется размещать на расстоянии не более 100 м друг от друга.

Схема подключения УЗИП приведена на рисунках 4 и 5, а их параметры в таблице 2. 

Таблица 2

* При выборе устройства необходимо определить значения напряжение видеосигнала в линии: 6 или 12 В, волновое сопротивление 50 или 75 Ом, тип разъемов F (мама) или M (папа).

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 НИИ Проектэлектромонтаж, 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.)

ЗОРИЧЕВ А.Л., заместитель директора ЗАО «Хакель Рос»

Дополнительные материалы:
1. Технологическое заземление — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
2. Заземление в системах пром. автоматики — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту