[監控系統防雷] 平安城市監控系統防雷解決方案

一、工程概述

監控系統由前端攝像槍設備、監控室顯示錄像設備以及傳輸線路組成，系統采用了大量的集成元件，在雷擊發生時，傳輸線路感應到雷電磁場產生過電壓，可高達幾千伏，對集成元件有較大的危害。監控系統中的傳輸線路許多處于LPZ0A非防雷區域。系統走線在布線階段沒有考慮與防雷引下線保持足夠的距離，這些都為系統的安全運行留下了隱患。

一般認為，雷電的防護措施有隔離、等電位、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓過流保護、接地等方法將雷電過電壓、過電流及雷擊電磁脈沖消除在設備外圍，從而有效地保護各類設備。目前主要采用氣體放電管、放電間隙、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態二極管、晶閘管、高低通濾波器等元件根據不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求，組合成電源線、天饋線、信號線系列電涌保護器（SPD）安裝在微電子設備的外連線路中，地線按共用接地原則接入系統的地線，才不至于造成電位反擊。只有設計合理、安裝合格，電涌保護器才能有效的防御雷電。

系統綜合防雷在設計時主要采用以下標準，供設計時參考。

（1）IEC61024《建筑物防雷》

（2）IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》

（3）ITU K25《光纜的防雷》

（4）GB50343《建筑物電子信息系統防雷技術規范》

（5）GB50057-94《建筑物防雷設計規范》

（6）GB50174-93《電子計算機機房設計規范》

（7）GB50200-94《有線電視系統工程技術規范》

（8）GB50198-94《民用閉路監視電視系統工程技術規范》

（9）GB/T50311-2000《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》

二、雷擊防護措施

（一）直擊雷防護

監控系統前端設備包括帶云臺攝像槍、無云臺攝像槍等，這些設備安裝在室外，比較容易受到雷擊，因此要安裝防直擊雷系統，需在戶外做獨立防雷接地網。按設備的最小值要求，接地電阻：R＜4Ω。
 

1、監控系統前端設備直擊雷防護措施

（1）戶外監控攝像槍防直擊雷設施：在戶外監控攝像槍的桿頂安裝一支避雷針。避雷針的引下線利用鋼結構立柱做泄流線，并在桿底座旁與獨立防雷接地網相連。取立桿高度為4～6米，避雷針長度為1.5～2米，利用滾球法計算可知攝像槍在避雷針的保護范圍內。(參見下圖示，攝像槍處于LPZ0B區內。)

（2）戶外攝像槍接地及地網，如果攝像槍附近有地網，則就近引接地線至附近地網接地，如果附近沒有地網，則要另外建造獨立地網，地網方案如下：

A、在攝像槍立桿周圍分別埋設熱鍍鋅角鋼接地極（5×50×50×2500mm），間距為5米。

B、角鋼接地極用4×40mm扁鋼組成網，環網連通。

C、將接地系統和立桿底座連接。

（3）地網施工程序：施工前首先要充分了解施工現場的地形地貌、地質結構，然后根據方案設計和現場情況定出各處接地極的孔位和連接導體溝槽，再進行施工安裝。注意避開電纜溝、管道和其它導電裝置，施工前要向建設單位提出書面申請，同意動工方可進行。（設計用土壤的電阻率取250Ω·m。）

A、挖溝：合理使用挖掘工具，采取逐層下挖法，溝槽深度至少0.8米，溝槽寬度以能挖深為宜。

B、打入：采用適當工具打入角鋼接地極。角鋼接地極埋深0.8米以下，即接地極頭部平溝槽底部。

C、連接：把安裝好的角鋼接地極用4×40mm扁鋼連接起來，形成網狀；全部連接均采用焊接。

D、引入：將接地系統接到立桿底座。

E、回填：先填凈土，逐層夯實，整理好路面。地網示意圖

（二）感應雷防護

1、設備前端的感應電防護

雷擊電磁脈沖（LEMP）所產生的感應電動勢通過侵入通道疊加在線路信號上產生瞬間高電壓，擊毀各類用電設備和微電子芯片，因此在實施防雷工程時必須將防感應雷作為重點，
進行有效的防御。在設計綜合防雷時，應從以上通道進行重點防護，同時做好等電位連接和共用接地系統。
（1）前端帶云臺攝像槍的感應雷防雷措施：攝像槍前端安裝組合式視頻、云臺、電源三合一避雷器一個，型號：HD-CCTV-PVC/A。
（2）前端無云臺攝像槍的感應雷防雷措施：攝像槍前端安裝組合式視頻、電源二合一避雷器一個，型號：HD-CCTV-PV/A。
（3）防雷器接地線：防雷器用≥2.5mm2的絕緣多股銅芯黃綠色軟線直接與地網連接，接地線和用作直擊雷引下線的立桿之間要彼此絕緣，并且盡量做到短而直。接地線宜放置在立桿內。
 

2、傳輸線路的防護

監控系統的傳輸線路主要有光纖、同軸電纜及雙絞線。在系統防雷時應針對不同的傳輸線路分別做不同的防護。
光纖作為傳輸線路時，由于本身不是導體，對雷電流沒有感應，所以線芯不考慮做防雷措施，但加強芯應接地處理。
同軸電纜做傳輸線路時，應該在傳輸線路兩端安裝同軸避雷器，并對傳輸線路進行穿鋼管埋地敷設，在線路的兩端對鋼管分別接地，做等電位連接；
雙絞線做傳輸線路時，應該在傳輸線路兩端安裝數據信號避雷器，并對傳輸線路進行穿鋼管埋地敷設，在線路的兩端對鋼管分別接地，做等電位連接；
 

3、傳輸線路的布線

監控系統傳輸線路主要是信號線和電源線。室外攝像機的電源可從終端設備處引入，也可從監視點附近的電源引入。
控制信號傳輸線和報警信號傳輸線一般選用銅芯屏蔽軟線，架設（或敷設）在前端與終端之間。
傳輸部分的線路建議采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連接，這樣對防護電磁干擾和電磁感應比較有效。如電纜全程穿金屬管有困難時，可在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，但埋地長度不得小于15米，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。當條件不允許時，可采用通信管道或架空方式，此時傳輸線纜與其它線路其溝的最小間距和與其它線路共桿架設的最小垂直間距，可參照GB50198-94《民用閉路監視電視系統工程技術規范》進行敷設。如：傳輸線纜與220V交流電線線路共溝（隧道）的最小間距為0.5 m，與通訊電纜的最小間距為0.1 m；傳輸線纜與1～10KV電力線共桿架設的最小垂直間距這2.5 m，1KV以下電力線最小垂直間距為1.5 m，與廣播線最小垂直間距為1.0 m ，與通信線最小垂直間距為0.6 m。
從防雷角度看，套金屬管埋設方式防雷效果最佳，架空線最容易遭受雷擊，并且破壞性大，波及范圍廣，為避免首尾端設備損壞，架空線傳輸時應在每一電桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線纜線路中的金屬管道均應接地。
 
4、監控室設備防雷

監控室主要設備包括監控中心電腦、視頻矩陣、硬盤錄像機、對講系統以及監控室電源等。

監控系統設備機房位置應選擇在LPZ最高級區和避免設在建筑物的頂三層內；當建筑物天面部分的避雷網格尺寸不符合系統抗干擾的要求時，應在天面加裝屏蔽層。使用非屏蔽電纜，入戶前應穿金屬管并埋入地中水平距離10米以上。如受條件限制無法穿金屬管埋地入戶，則應加長入戶屏蔽管或棧橋長度，金屬管或棧橋的兩端以及在雷電防護區交界處要做等電位連接和接地。監控系統設備為金屬外殼時，應用最短的導線將其與等電位連接帶連接。如是非金屬外殼，當設備所在建筑物屏蔽未達到設備的電磁兼容性要求時，應加裝金屬網或其它屏蔽體對設備屏蔽，金屬網應與等電位連接帶進行等電位連接。計算機、通信、
監控機房的設備應與建筑物外墻保護1米左右距離。以防止大樓遭到直擊雷時沿外墻泄流入地的引下線周圍產生較強的電磁場而損壞微電子設備。
 

（1）監控室電源系統的防雷措施

由于有70％雷擊高電位是從電源線侵入的，為保證設備安全，一般電源上應設置三級避雷保護。
a. 在監控室所在建筑物總配電處安裝箱式三相電涌保護器，通流容量為80KA（波形8/20μs），型號：HD-D380B-XL80，作為電源第一級保護。
b. 在監控室分電箱處安裝三相(單相)電源電涌保護器，最大通流容量40KA，型號：HD-D380C-XS40，作為第二級保護。
c. 在監控室UPS電源或監控設備前安裝單相串聯UPS避雷器，型號：HD-UPSC4/4，并聯安裝，功率≤5KW，帶LC濾波，超低殘壓輸出，作為電源線路第三級保護。
d. 監控室設備前安裝通流容量為10KA單相防雷插座，型號為：HD-D220CZ，作為精細電源防雷保護，對電源箝位和濾波。
 

（2）監控室控制、對講系統的防雷措施

a. 控制室視頻采用16口組合式視頻避雷器，以保護硬盤錄像機視頻輸入口不被浪涌電壓擊壞，型號：HD-XH-16GVD/A。由光纖傳送信號的攝像槍等不考慮安裝視頻避雷器。
b. 硬盤錄像機RS232接口采用RS232接口避雷器，以保護硬盤錄像機串口不被浪涌電壓擊壞，型號：HD-XNET-D9。
c. 所有進入控制室的控制線路加裝控制線路避雷器，型號：HD-XC-YT/A。
d. 有線對講系統安裝音頻線路避雷器，型號為：HD-XH-GVD/A，只在對講主機一端安裝避雷器。
監控系統防雷示意圖（略）
 
監控系統防雷接地示意圖（略）　　　　　　　　　　　　　　 
              

三、屏蔽措施

2、監控室內，應將金屬電腦桌、電腦設備、控制設備金屬外殼與防雷接地裝置可靠連接。
3、室外攝像槍到解碼器之間的外露信號線，應套不銹鋼或銅金屬管，并將攝像槍金屬屏蔽外殼及解碼器金屬屏蔽外殼與引下線的柱桿可靠連接。
4、屏蔽是減少電磁干擾的基本措施，宜采取以下措施：外部屏蔽措施、線路敷設于合適的路徑、線路屏蔽，這些措施宜聯合使用。
5、為改善電磁環境，所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬部件都應等電位連接在一起，并與接地裝置相連。屋頂為金屬表面、立面金屬表面、混凝土內鋼筋和金屬門窗框架，都必須進行等電位接地。
6、在需要保護的空間，當采用屏蔽電纜時其屏蔽層至少在兩端并宜在雷電防護區交界處做等電位連接。當微電子設備系統要求只在一端做等電位連接時，可將屏蔽電纜穿金屬管引入，金屬管在一端做等電位連接。
7、建筑物之間的連接電纜應敷設在金屬管道內，這些金屬管道從一端到另一端應全線電氣貫通，并連到各建筑物的等電位連接帶上。電纜屏蔽層也應連到這些帶上。
8、實踐中建筑物或房間的大空間屏蔽是由金屬支撐物、金屬框架或鋼筋混凝土的鋼筋這些自然構件組成的。這些構件構成一個格柵形大空間屏蔽。穿入這類屏蔽的導電金屬物應就近與其做等電位連接后接地。
 

四、等電位連接與共用接地

1、等電位連接是現代防雷技術重要的防護措施之一。將進入監控中心大樓的各類管線的屏蔽層、機器等在進入大樓前進行等電位連接后接地。在進入設備前再進行二次等電位連接后接地。將戶外攝像頭輸出的同軸電纜的外層和其它管線外層在進入大樓前進行等電位連接后接地。
2、將分開的外導電裝置用等電位連接導體后接地，以減少系統設備所在的建筑物金屬構件與設備之間或設備與設備之間因雷擊產生的電位差。利用鋼筋混凝土結構的建筑物內所有金屬構件的多重連接建立一個三維的連接網絡是實現等電位連接的最佳選擇。為方便等電
位連接施工，應在一些地方預埋等電位連接預留件。
3、進入系統所在建筑物的各類水管、采暖和空調管道等金屬管道的金屬外層在進入建筑物處應做等電
位連接，燃氣管道入戶后應在法蘭盤連接處插入一塊絕緣兩端用開關型SPD連接后戶內金屬管道可參加等電位連接，并與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件連接在一起，按GB50054的要求做等電位連接之后，接向總等電位連接帶，并可靠連通接地。
4、在建筑物入口處，即LPZ0B與LPZ1區交界進行總等電位連接后接地，在后續的雷電防護區交界處按總等電位連接的方法進行局部等電位連接，連接主體應包含系統設備本身（含外露可導電部分）、PE線、機柜、機架、電氣和電子設備的外殼、直流工作地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、管道、屏蔽槽、電涌保護SPD的接地等均應以最短的距離就近與這個等電位連接帶直接連接。連接基本方法應采用網型（M）結構或星型（S）結構。網型結構的環行等電位連接帶應每隔5米經建筑物墻內部鋼筋、金屬立面與接地系統連接。當采用S型等電位連接網絡時，系統的所有金屬組件除在接地基準點，即ERP處連接外，均應與共用接地系統的各組件有足夠的絕緣（大于10KV，1.2/50μs ）.
5、避雷器連接導線應短而直，SPD連接導線不宜大于0.5米，當長度大于0.5米時應適當加粗線徑。
6、使用含有金屬部件的光纜，如供抗拉強度的加強金屬芯、金屬潮層、防嚙齒動物外層或修理維護時使用的金屬通信設施等均應可靠接地，應接通光纜沿線的所有接頭，再生器等處的擋潮層（金屬層），并在光纜長度每一端的終端進行直接接地。