監(jiān)控系統(tǒng)防雷技術(shù)要點(diǎn)

陳 磊,周恩黔,何松海

(1.貴州省紫云自治縣氣象局,貴州 紫云 550800;2.貴州省仁懷市氣象局,貴州 仁懷 564509; 3.貴州省三都縣氣象局,貴州 三都 558400)

監(jiān)控系統(tǒng)防雷技術(shù)要點(diǎn)

陳 磊1,周恩黔2,何松海3

(1.貴州省紫云自治縣氣象局,貴州 紫云 550800;2.貴州省仁懷市氣象局,貴州 仁懷 564509; 3.貴州省三都縣氣象局,貴州 三都 558400)

電子監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)雷電過電壓、操作過電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感,僅紫云縣平均每年就有 3次監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備遭受雷擊過電壓破壞的案例,因此,有必要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)。文章介紹在電子監(jiān)控系統(tǒng)雷電防護(hù)實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)。

監(jiān)控系統(tǒng);防雷;避雷器;接地系統(tǒng)

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步,社會(huì)經(jīng)濟(jì)越趨活躍,監(jiān)控系統(tǒng)在城市道路交通、高速公路、金融系統(tǒng)、重要場(chǎng)所、居民小區(qū)、公共場(chǎng)所等各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍。

由于監(jiān)控系統(tǒng)具備微電子產(chǎn)品所特有的高密度、高速度、低電壓和低功耗等特點(diǎn),對(duì)雷電過電壓、電力系統(tǒng)操作過電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感,這就使得監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備極易遭受雷擊過電壓破壞,使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行失靈,并造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。2005—2008年間,監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊案例僅紫云縣平均每年就有 3次。因此,加強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)防雷保護(hù)很有必要。

2 監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊的主要方式

2.1 直擊雷

雷電直接擊中室外的監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī),損毀系統(tǒng)前端設(shè)備。

雷電直接擊在線纜上,造成線纜熔斷、損壞。

2.2 雷電波侵入

監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號(hào)傳輸線或進(jìn)入監(jiān)控室的其它金屬線纜遭到雷擊或雷電感應(yīng)時(shí),雷電波沿金屬導(dǎo)線、導(dǎo)體侵入設(shè)備,導(dǎo)致高電位差使設(shè)備損壞。

2.3 雷電感應(yīng)

電磁感應(yīng):當(dāng)有雷擊閃電時(shí),在雷電閃擊通道周圍會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)。處在該瞬變電磁場(chǎng)中的監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路會(huì)感應(yīng)出較大的雷電過電壓,造成系統(tǒng)設(shè)備損壞、損毀。

靜電感應(yīng):帶電的雷云出現(xiàn)時(shí),在雷云下面的建筑物和傳輸線路上會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的束縛電荷。這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)100KV靜電電位,信號(hào)線路上可達(dá) 40～60KV靜電電位,一旦雷云放電后,束縛電荷沿線路迅速向系統(tǒng)擴(kuò)散,即引起感應(yīng)雷擊。

2.4 地電位反擊

直擊雷防護(hù)裝置在引導(dǎo)雷電流流入大地時(shí),在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生非常高的瞬時(shí)電壓,與其附近的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差,這種電位差引起的電擊就是地電位反擊。

3 監(jiān)控系統(tǒng)雷擊防護(hù)措施

3.1 直擊雷防護(hù)

3.1.1 前端設(shè)備直擊雷防護(hù) 監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備大都安裝在室外,比較容易受到雷擊,因此要安裝防直擊雷系統(tǒng)。在室外監(jiān)控?cái)z像槍的立桿頂部安裝避雷針,避雷針采用φ16×1 000mm鍍鋅圓鋼進(jìn)行焊接安裝,引下線利用鋼結(jié)構(gòu)立柱,并在桿底座旁與獨(dú)立防雷接地網(wǎng)相連。取立桿高度為 4～6m,避雷針長(zhǎng)度為 1.5～2m,利用滾球法計(jì)算可知攝像槍在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)(如圖 1示)。按設(shè)備的最小值要求,接地電阻:R≤4Ω。

圖 1 滾球法確定單支避雷針保護(hù)范圍

①當(dāng)避雷針的高度 h≤hr時(shí):距地面 hr處作一平行于地面的平行線;以針尖為圓心,hr為半徑,做弧線交于平行線A、B兩點(diǎn);以A、B為圓心,hr為半徑作弧線,該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止就是保護(hù)范圍。保護(hù)范圍是一個(gè)對(duì)稱的錐體。避雷針在 hr的高度在 xx′平面上和在地面上的保護(hù)半徑,按下列計(jì)算式確定:

②當(dāng)避雷針高度 h≥hr時(shí):在避雷針上取高度hr的一點(diǎn)代替單支避雷針針尖作為圓心。其余做法同①中。(1)式和 (2)式中的 h用 hr代入。

3.1.2 終端設(shè)備直擊雷防護(hù) 終端設(shè)備機(jī)房 (監(jiān)控機(jī)房)所在建筑物應(yīng)采取防直擊雷的措施,采用φ10的圓鋼 (刷銀粉漆)作避雷帶、避雷帶支撐件(支撐高度 15cm,支撐件間隔 1m)和引下線 (在無建筑物主鋼筋作引下線可利用情況下),引下線的間距應(yīng)≤25m,防直擊雷接地電阻應(yīng) <10Ω。

3.1.3 防雷地網(wǎng)技術(shù)參數(shù) 對(duì)于靠近建筑物的攝像頭可利用建筑物主鋼筋作為聯(lián)合接地裝置,對(duì)于遠(yuǎn)離建筑的攝像頭則需要在攝像頭旁做一套人工接地體?？紤]到接地裝置的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性、耐腐性和承受雷電流的能力,垂直接地體選用 50×50 ×5×2 500mm鍍鋅角鋼;水平接地體選用 -4× 40mm鍍鋅扁鋼,每隔 5m設(shè)置一根垂直接地體。水平接地體埋設(shè)深度宜 >0.8m,環(huán)網(wǎng)聯(lián)通,接地體所有焊接點(diǎn)均作防腐處理,接地電阻要求≤4Ω。在此必須注意,無論前端還是終端設(shè)備的接地系統(tǒng),如果距離 <20m的情況,2個(gè)接地系統(tǒng)之間應(yīng)做等電位連接。

3.2 雷電波侵入防護(hù)

在雷電過電壓脈沖可能入侵的各個(gè)通道入口處裝設(shè)電涌保護(hù)器,并采用線路屏蔽、等電位連接防護(hù)措施,預(yù)防監(jiān)控室設(shè)備遭雷擊損壞。

3.2.1 電源系統(tǒng) 前端設(shè)備保護(hù)措施:前端帶云臺(tái)的攝像槍加裝組合式視頻、云臺(tái)、電源三合一避雷器;前端無云臺(tái)的攝像槍前端加裝組合式視頻、電源二合一避雷器。終端設(shè)備采用分級(jí)防雷保護(hù)措施:總配電柜處安裝一臺(tái) 380V,通流量為 60kA(8/ 20μs)電源避雷器 (SPD1)作為第 1級(jí)防護(hù);分電箱處安裝一臺(tái) 220V,通流量為 40kA(8/20μs)電源避雷器 (SPD2)作為第 2級(jí)防護(hù);監(jiān)控室UPS前端安裝一臺(tái) 220V,通流量為 20kA(8/20μs)的電源避雷器(SPD3)作為第 3級(jí)防護(hù);監(jiān)控設(shè)備前端串聯(lián)一臺(tái)220V,通流量為 10KA(8/20μs)的電源避雷器(SPD4)作為第 4級(jí),單級(jí)防護(hù)之間的間隔距離應(yīng)≥5m。(如圖 2)

圖 2 視頻監(jiān)探系統(tǒng)防雷示意圖

3.2.2 傳輸線路防雷 監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸線路主要有光纖、同軸電纜及雙絞線。應(yīng)針對(duì)不同的傳輸線路做不同的防護(hù):光纖作為傳輸線路時(shí),由于本身不是導(dǎo)體,對(duì)雷電流沒有感應(yīng),所以線芯不考慮做防雷措施,但加強(qiáng)筋應(yīng)作接地處理。對(duì)于同軸電纜,應(yīng)在傳輸線路兩端安裝 BNC信號(hào)避雷器 (參數(shù)按系統(tǒng)要求選取),并對(duì)傳輸線路進(jìn)行穿鋼管埋地敷設(shè),在線路的兩端對(duì)鋼管分別接地,做等電位連接;采用雙絞線做傳輸線路時(shí),應(yīng)在傳輸線路兩端安裝 RJ45信號(hào)避雷器 (箝位電壓應(yīng) >1.5Uc,額定泄放電流 In≥3KA(8/20μs,其他參數(shù)應(yīng)符合系統(tǒng)要求),傳輸線路進(jìn)行穿鋼管埋地敷設(shè)。

3.2.3 控制系統(tǒng)防雷 所有進(jìn)入控制室的控制線路加裝控制線路避雷器,有線對(duì)講系統(tǒng)安裝音頻線路避雷器,控制室視頻安裝組合式視頻避雷器,以保護(hù)硬盤錄像機(jī)視頻輸入口不被浪涌電壓擊壞,硬盤錄像機(jī)根據(jù)接口類型加裝相應(yīng)的避雷器,以保護(hù)硬盤錄像機(jī)串口不被浪涌電壓擊壞。

3.3 機(jī)房引下線設(shè)置

接地引入線采用 >16mm2的多股銅芯線,信號(hào)端連接至接地匯接排的接地線采用 >6mm2的多股銅芯線制作,所有的接地線都盡量避開原有的電源、信號(hào)線纜。堅(jiān)決避免為了省事而與室內(nèi)的各種線路混在一起,從而造成二次雷電感應(yīng)事故發(fā)生。

3.4 地網(wǎng)設(shè)置及技術(shù)參數(shù)

若采用與建筑物直接雷防護(hù)地網(wǎng)分離的獨(dú)立地網(wǎng)方式,垂直接地體應(yīng)選用 50×50×5×2500mm鍍鋅角鋼,水平接地體選用 -4×40mm鍍鋅扁鋼,每隔 5m設(shè)置一根垂直接地體,水平接地體埋設(shè)深度宜 >0.8m,接地體所有焊接點(diǎn)均應(yīng)作防腐處理,接地電阻要求≤4Ω。

4 等電位連接

在建筑物入口處,即 LPZ0B與 LPZ1區(qū)交界進(jìn)行總等電位連接后接地,在后續(xù)的雷電防護(hù)區(qū)交界處按總等電位連接的方法進(jìn)行局部等電位連接,連接主體應(yīng)包含系統(tǒng)設(shè)備本身 (含外露可導(dǎo)電部分)、PE線、機(jī)柜、機(jī)架、電氣和電子設(shè)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(hù) SPD的接地等均應(yīng)以最短的距離就近與這個(gè)等電位連接帶直接連接。連接基本方法應(yīng)采用網(wǎng)型(M)結(jié)構(gòu)或星型 (S)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的環(huán)行等電位連接帶應(yīng)每隔 5m經(jīng)建筑物墻內(nèi)部鋼筋、金屬立面與接地系統(tǒng)連接。采用 S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)時(shí),系統(tǒng)的所有金屬組件除在接地基準(zhǔn)點(diǎn),即 ERP處連接外,均應(yīng)與共用接地系統(tǒng)的各組件有足夠的絕緣(>10KV,1.2/50μs)。

5 線路的屏蔽

最安全的布線方式,應(yīng)采取全程穿金屬管埋地敷設(shè),同時(shí),金屬管兩端必須做有效接地。穿金屬管埋地敷設(shè)的傳輸線路,可以使雷電侵入波的幅值得到相當(dāng)程度的衰減,從而降低設(shè)備遭受雷電侵入波損害的概率。實(shí)際情況下,由于供電線和通信線多是架空線路,可以全程穿金屬管架空走線,或者不作全程穿金屬管,但在電纜進(jìn)入監(jiān)控機(jī)房和前端設(shè)備前務(wù)必穿金屬管埋地敷設(shè),埋地長(zhǎng)度應(yīng)≥15m,在入戶端將電纜金屬外皮、金屬管與防雷接地有效連接,防止雷電波對(duì)系統(tǒng)造成干擾危害。

6 運(yùn)行維護(hù)

①每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)。主要檢查連接處是否緊固,接觸是否良好,接地引下線有無銹蝕,接地體附近地面有無異常。必要時(shí)應(yīng)挖開地面抽查地下遮蔽部分銹蝕情況,如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。

②每年雷雨季節(jié)前,防雷裝置應(yīng)進(jìn)行一次檢測(cè)。

③雷雨季節(jié)中,對(duì)運(yùn)行中的避雷器要加強(qiáng)外觀巡視、檢查,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理。

7 結(jié)語

監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)問題,具有著較強(qiáng)的綜合性、復(fù)雜性和代表性,通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因分析及其解決方案的探討,期待能更好地解決社會(huì)上的各種雷電防護(hù)問題,有效達(dá)成防雷減災(zāi)之目的。

[1] GB50057-94.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(2000年版)[S].

[2] GB50343-2004.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB50174-93.電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB50200-94.有線電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB50198-94.民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[6] GB/T50311-2000.建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7] 梅衛(wèi)群,江燕如 .建筑防雷工程于設(shè)計(jì)[M].北京:氣象出版社,2004.

T M862

B

2009-09-21

陳磊 (1981-),男,助工,主要從事綜合管理工作。

1003-6598(2010)02-0041-03