視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷安全設(shè)計(jì)探討

吳仕軍 吳安坤 甘孝明 張華江 敖國(guó)天

摘要：本文從直擊雷、雷電波入侵、雷電感應(yīng)以及地電位反擊方面對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的危害，結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成情況，分別從其前段設(shè)備、傳輸線路以及終端設(shè)備方面，提出較為全面的防雷安全設(shè)計(jì)，保障系統(tǒng)安全。

Abstract： From the harm of video monitoring system by the direct lightning， thunder electric wave invasion， lightning induction and ground potential counter， combined with the conditions of composition of video monitoring system， this paper puts forward comprehensive lightning protection safety design from the front-end equipment， transmission lines and terminal equipment to ensure system security.

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；直擊雷防護(hù)；感應(yīng)雷防護(hù)

Key words： monitoring system；protection against directness lightning；protection against induction lightning

中圖分類號(hào)：G640.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0142-03

0 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)目前在小區(qū)和公共場(chǎng)所、軍事、金融、庫(kù)房、路橋建設(shè)等許多領(lǐng)域的監(jiān)控和管理領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍。由于自身設(shè)備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，加之運(yùn)行環(huán)境通常暴露在較為惡劣場(chǎng)所，它在電磁輻射、各種過(guò)電壓以及靜電放電環(huán)境中極易遭受破壞，造成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法正常工作，甚至引起更大的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。本文從直擊雷、雷電波入侵、雷電感應(yīng)以及地電位反擊方面，分析視頻監(jiān)控系統(tǒng)受災(zāi)原因，據(jù)此，提出相應(yīng)的防雷安全設(shè)計(jì)方案。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成及雷擊損害原因

視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括前段、終端以及傳輸三個(gè)結(jié)構(gòu)。各部分主要構(gòu)件如表1所示，結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖1。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)遭受直接雷擊，擊中露天的攝像機(jī)，直接損毀設(shè)備，或是擊中傳輸部分的線纜，造成線纜熔斷、損壞。此外，由于直接雷擊以及電磁感應(yīng)在閉合環(huán)路中產(chǎn)生的高電壓，沿經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號(hào)傳輸線侵入終端設(shè)備，產(chǎn)生高電位差致使設(shè)備損壞。還有一種情況是系統(tǒng)周邊與之沒(méi)有共網(wǎng)的防雷裝置、金屬構(gòu)件在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流流入大地時(shí)，產(chǎn)生非常高的瞬時(shí)電壓，與臨近的視頻監(jiān)控系統(tǒng)形成較高的電位差，并對(duì)其瞬間放電。這個(gè)電位差引起的電擊就是地電位反擊。

2 防雷安全設(shè)計(jì)

2.1 前端設(shè)備（攝像機(jī)）

監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備包括室內(nèi)和室外量部分。室外設(shè)備容易遭受雷擊、過(guò)電壓等破壞，室內(nèi)設(shè)備通常不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。因此，室外設(shè)備必須加裝直接雷防護(hù)系統(tǒng)，并且要在接閃器徑的防護(hù)區(qū)域內(nèi)安裝攝像頭等前端裝置。如果攝安裝位置不在防雷保護(hù)區(qū)域以內(nèi)（建筑物女兒墻上的前端設(shè)備），必須在適當(dāng)位置安裝避雷針。圖2為攝像頭正確的安裝位置。

對(duì)于獨(dú)立支撐桿安裝的攝像機(jī)，立桿高度取7m，當(dāng)7m高的安裝立桿部分已在LPA0B 區(qū)，不會(huì)遭受到直接雷擊，具體判別方法參照滾球法的計(jì)算（見(jiàn)圖3立桿與周邊建筑物的關(guān)系）以第三類建筑物防護(hù)計(jì)算，取滾球半徑hr= 60m，攝像槍桿高度取hx=7m。h為周邊建筑物高度（當(dāng)建筑物高度 h高于60m時(shí)取60m，以下擬取h=60m進(jìn)行計(jì)算），所引用的滾球法：rx=■ （2hr-h）- ■（2hr-hx），代入數(shù)據(jù)h 計(jì)算得出的 rx=31.9m。圖3中rx0為立桿與建筑物之間的距離，當(dāng) rx≥rx0，即rx0≤31.9m時(shí)，攝像槍可由其周邊高于60m的建筑物保護(hù)，不用加裝避雷針，反之則要加裝避雷針。

當(dāng)前端設(shè)備位置在LPZ0A 區(qū)時(shí)，則應(yīng)設(shè)置避雷短針對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行保護(hù)。并可就近與建筑物共用接地體，若就近無(wú)可用的接地裝置，應(yīng)采取設(shè)置人工接地體，要求接地電阻不大于30Ω。

2.2 傳輸線路

視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的電源線主要用于信號(hào)傳輸。室外攝像頭可從其終端設(shè)備或其附近接入電源。傳輸線多用銅芯屏蔽軟線。從防雷看，直埋敷設(shè)方式效果最佳，但是有了傳輸線不一定能有效避雷，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的確發(fā)生過(guò)很多起雷擊埋地電纜的事故，甚至不在雷電破壞范圍的線纜也不能幸免。

按照常規(guī)，傳輸線纜要套上金屬管埋地敷設(shè)，這樣能降低雷電侵入波幅值，從而達(dá)到避雷、防雷的目的，架空敷設(shè)會(huì)增加線纜遭受雷擊的概率。如果不能埋地走線，可將架空線纜全部套上金屬管。如果條件有限不能全程套管，至少將進(jìn)入前端設(shè)備或監(jiān)控室前15m的線纜套上金屬管并埋地敷設(shè)，并且在入戶端，必須用金屬管套住接線處埋設(shè)在地下，并確保金屬管兩端的接地處理正規(guī)、牢靠。

2.3 終端設(shè)備

安裝在視頻監(jiān)控室內(nèi)的終端系統(tǒng)必須做好防雷處理，終端設(shè)備如果遭受雷擊將使整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)直接受牽連，因此特別要加強(qiáng)終端系統(tǒng)的直擊雷防護(hù)、等電位連接以及電涌保護(hù)。

2.3.1 直擊雷防護(hù)

終端設(shè)備所在機(jī)房必須做好防直擊雷保護(hù)，可采用φ10mm圓鋼在樓頂構(gòu)筑避雷帶，另外用φ10mm圓鋼做避雷帶支撐，支撐高度15cm，每隔1m設(shè)一支撐，并用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)（地網(wǎng)電阻應(yīng)小于10Ω）連接，引下線的間距應(yīng)不大于25m。也可以采用避雷針作為防直擊雷的40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)連接。

2.3.2 防浪涌入侵

由于有80%雷擊高電位是從電源線侵入的，為保證設(shè)備安全。視頻監(jiān)控電源宜設(shè)置三級(jí)浪涌保護(hù)，分別設(shè)置與機(jī)房電源總配電箱、控制中心電源以及UPS電源入線段（圖4），各級(jí)浪涌保護(hù)器參數(shù)選型如表2所示：第一級(jí)防護(hù)要求防雷器標(biāo)稱通流能力不小于60kA，第二級(jí)防護(hù)要求防雷器標(biāo)稱通流能力不小于20kA，第三級(jí)防護(hù)要求防雷器標(biāo)稱通流不小于10kA，三級(jí)防護(hù)要求在預(yù)期100kA雷電流沖擊下，設(shè)備端殘壓<1000V，達(dá)到設(shè)備的耐壓保護(hù)水平。此外，進(jìn)入終端的視頻監(jiān)控信號(hào)線路應(yīng)安裝相應(yīng)的信號(hào)浪涌保護(hù)器，其標(biāo)稱通流不小于5kA，插入損耗不大于0.5db。

2.3.3 等電位連接

等電位連接是現(xiàn)代防雷技術(shù)重要的防護(hù)措施之一。戶外攝像頭輸出的同軸電纜的外層和其它管線外層在進(jìn)入監(jiān)控室前進(jìn)行等電位連接后接地。監(jiān)控室內(nèi)應(yīng)設(shè)置一等電位連接母線（或金屬板），等電位連接母線應(yīng)與建筑物防雷接地、PE線、設(shè)備保護(hù)地、防靜電地等連接到一起防止危險(xiǎn)的電位差。同時(shí)將室內(nèi)金屬電腦桌、電腦設(shè)備、控制設(shè)備金屬外殼與防雷接地裝置可靠連接。

監(jiān)控機(jī)房等電位連接網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求，等電位連接應(yīng)采用S型星形結(jié)構(gòu)和M型網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。針對(duì)機(jī)房大，設(shè)備多而分散時(shí)采用M型連接方式（圖5），宜采用40×4mm的銅排鉚接層等電位網(wǎng)絡(luò)，交流工作接地、設(shè)備安全接地、防靜電接地、防雷保護(hù)接地以及引入室內(nèi)線纜金屬屏蔽層、金屬加強(qiáng)芯均就近與該網(wǎng)絡(luò)保持電氣連接，以此避免接地線路的纏繞對(duì)系統(tǒng)形成不必要的二次干擾。

若機(jī)房小設(shè)備少而集中時(shí)采用S型連接方式（圖6），即將交流工作接地、設(shè)備安全接地、防靜電接地、防雷保護(hù)接地以及引入室內(nèi)線纜金屬屏蔽層、金屬加強(qiáng)芯等統(tǒng)一匯集到一個(gè)等電位端子。

2.3.4 接地

防雷系統(tǒng)的成功于否就取決于它的接地系統(tǒng)的安全和可靠，在防雷系統(tǒng)中，安裝防雷設(shè)備，做等電位連接，主要是為了在雷擊發(fā)生時(shí)，能夠?qū)⒗纂娏饕氲孛?，以保護(hù)后端設(shè)備，從這點(diǎn)來(lái)看，接地系統(tǒng)無(wú)疑是保護(hù)建筑物及人的生命安全的一道有效屏障，正確有效的接地是建筑物防雷、避雷的關(guān)鍵所在。

3 防雷效果分析

本文從直擊雷、雷電波入侵、雷電感應(yīng)以及地電位反擊方面分析雷電對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的危害，結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成情況，分別從其前段設(shè)備、傳輸線路以及終端設(shè)備方面，提出相應(yīng)防雷安全設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于實(shí)際。位于雷達(dá)站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，因地勢(shì)較高，周圍空曠，雷電活動(dòng)頻繁，每年雷雨季節(jié)過(guò)后，均會(huì)造成該系統(tǒng)不同程度的癱瘓不能正常工作，帶來(lái)不同程度的經(jīng)濟(jì)損失和困擾。隨后按照述方案進(jìn)行防雷安全措施整改后，再無(wú)因雷電造成系統(tǒng)不工作的情況發(fā)生，在實(shí)際防雷工程設(shè)計(jì)中得到了很好的應(yīng)用，取得了很好的防雷效果，大大提高了系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要探討了視頻監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊或過(guò)電壓破壞的原因以及防雷避雷的技術(shù)措施。嚴(yán)格來(lái)講，僅僅使用高性能的防雷保護(hù)系統(tǒng)并不能確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全安全，在實(shí)際應(yīng)用中還必須結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)所處的運(yùn)行環(huán)境、傳輸線纜的布線方式、屏蔽和接地處理方法，這樣才能提高防雷保護(hù)效能，確保監(jiān)控系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

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