安防知識——視頻監控系統防雷設計方案 

雷擊災害具有隨機性,地域性的特點,防雷工程是為了盡量降低雷擊災害的損失.但雷擊風險是不可避免的,只能盡可能的降低.隨著通信技術、計算機技術、信息技術的飛速發展, 如今已是電子化時代.日益繁忙龐雜的事務通過高速電腦、自動化設備及通訊的發展變得井然有序.但這些敏感電子設備的工作電壓卻在不斷降低，其數量和規模不斷擴大，因而它們受到過電壓，特別是雷電襲擊而受到損壞的可能性就大大增加.這是由于以雷擊中心1.5km-2km范圍內都可能產生危險過電壓,損壞線路上設備.其后果可能使整個系統的運行中斷, 并造成難以估算的經濟損失，雷電和浪涌電壓成了電子化時代的一大公害。防雷器就是在最短時間(納秒級)內將被保護線路連入等電位系統中，使設備各端口等電位，同時釋放電路上因雷擊而產生的大量脈沖能量，將其短路泄放到大地，降低設備各接口端的電位差,從而保護線路上的用戶設備。

雷擊途徑：

⑴ 雷電沿市電回路進入配電線路并最終進入終端設備，造成設備損壞

⑵雷電沿信號線路而進入信號設備，造成信號設備損壞。

⑶雷電流引起的強電磁感應造成耐壓值較低的信號端口損壞

(4)地電位反擊造成設備損壞。

因此本方案將以整個供電系統、信號系統為保護對象，將以上幾種途徑進入的雷電過電壓進行泄放和攔截，并以等電位連接為保證，加上良好的接地，從而形成一個全面完整的防護體系。

一、設計原理

1.1防雷系統的設計應滿足原則

1、 首先考慮人身安全；

2、 保護器不影響被保護設備的正常工作；

3、 雷擊產生沖擊波時，所采用的防護器件應有低阻抗，將沖擊電流直接導入大地而不產生危險的沖擊對地電位差；

4、 防護器件應有較高的承受沖擊能量的能力，并有規范的接地系統。

按照IEC1312-1～3規范，為保護你監控系統的設備，將需要保護的空間劃分為不同的防雷區(LPZ)，根據各部分空間不同的LEMP(雷閃電磁脈沖)的嚴重程度和實際情況確立相應的防護等級，合理使用相應的防雷器。

1.2 防護措施

概括的說，當今電子設備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護五種方法。

分流：用避雷針、避雷帶和避雷網等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設備上。

屏蔽：系統所有的金屬導線,包括電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在機房建設中，利用建筑物鋼筋網和其他金屬材料，使機房形成一個屏蔽籠。用以防止外來電磁波(含雷電的電磁波和靜電感應)干擾機房內設備。

等電位連接：機房內所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設備外殼等金屬構件進行電氣連接，以均衡電位。

接地：在系統中，為保證其穩定可靠的工作、保護設備和人身安全，解決環境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統。

過電壓保護：電子設備的信號線、電源線上安裝相應的過電壓保護器，利用其非線性效應，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護設備不被過電壓破壞。主要的保護器件為氧化鋅壓敏電阻、二極或三極放電管、快速箝位二極管等，根據需要進行組合，形成完整的防雷保護器。

1.3 防雷工程設計依據

· 國標《建筑物防雷設計規范》GB50057-94

· 國標《電子計算機機房設計規范》GB50174-93

· 國標《民用電氣設計規范》JGJ/T16-92

· 國標《計算機場地安全要求》GB9361-88

· 《通信局(站)接地設計暫行技術規定》YDJ26-89

· 《通信工程電源系統防雷技術規定》YD5078-1998

· 國際電信聯盟ITU-T(原CCITT)相關建議及標準

K.31 Bonding Configurations and Earthing of Telecommunication Installation inside a subscriber's Building.

K.41 電信中心內部通信設備接口抗雷擊能力

IEC61644-1-1999 接至電信網絡的信號接口保護器

· 建設單位提供的資料。

二、監控室防雷部分:

2.1、 防雷設備選型和應用原則

防雷設備的正確選擇和應用，將直接關系到整個系統防雷的質量。如果選擇不當，不但難以起到防雷的作用，甚至還會對設備造成不必要的影響，因此，防雷設備的選型及其應用至關重要。

考慮到電源負荷電流容量較大，為了安全起見及使用和維護方便，電源系統的多級防雷，原則上均選用并聯型電源避雷器。

電源避雷器的保護模式有共模和差模兩方式。共模保護指相線-地線(L-PE)、零線-地線(N-PE)間的保護；差模保護指相線-零線(L-N)、相線-相線(L-L)間的保護。對于低壓側各級保護除選擇共模的保護方式外，還應盡量選擇包括差模在內的保護。

殘壓特性是電源避雷器的最重要特性，殘壓越低，保護效果就越好。但考慮到我國電網電壓普遍不穩定、波動范圍大的實際情況，在盡量選擇殘壓較低的電源避雷器的同時，還必須考慮避雷器有足夠高的最大連續工作電壓，選擇耐壓值較高的防雷器。如果最大連續工作電壓偏低，則易造成避雷器自毀。

電源低壓側有不同的保護級別統低，應根據保護級別的不同，選擇合適通流量和電壓保護水平的電源避雷器，并保證避雷器有足夠的耐雷電沖擊能力。原則上，每一級的交流電源之間連接導線超過25m以上，都應做該級相應的保護。

電源低壓側保護用的電源避雷器，應該選擇有失效警告指示，并能提供遙測端口功能的電源避雷器，以方便監控、管理和日后維護。

電源避雷器必須具有阻燃功能，在失效、或自毀時不能起火；且必須具有失效分離裝置，在失效時，能自動與電源系統斷開，而不影響通信電源系統的正常供電。

電源避雷器的連接端子，必須至少能適應25mm2的導線連接。安裝避雷器時的引線應采用截面積不小于10mm2的多股銅導線，建議使用25mm2的多股銅導線，并盡可能短(引線長度不宜超過1.0m)。當引線長度超過1.0m時，應加大引線的截面積。引線應緊湊并排或綁扎布放。

電源避雷器的接地：接地線應使用不小于10～35mm2的多股銅導線，并盡可能就近與交流保護地匯流排、或總匯流排、接地網直接可靠連接。

根據防雷區的劃分和實際情況合理的設計各級電源防雷體系，并選擇適當的防雷器。

附注：防雷區的劃分

根據IEC1312-1雷電電磁脈沖的防護標準，計算機系統的防雷保護區分為四個區域，各區交界處應作相應的防雷處理。各區劃分如下：

LPZ0A區：直擊雷作用區，處于建筑物避雷針系統保護區以外的區域，由于本區內所有物體均有可能遭受直接雷擊，并可能導走全部雷電流；另外本區能所有物體均處于雷電電磁場最強處，故對于雷電的感應最強。

LPZ0B區：感應雷主作用區，處于建筑物避雷針系統保護區內，但未經空間電磁屏蔽，雷電作用電磁場并不衰減，處于此空間的所用可導電物體均可感應較強雷電流的區域。

LPZ1區：建筑物屏蔽區，本區內各物體不可能遭受直擊雷，流往各導體的雷電流比0B區進一步減小，本區內電磁場也可能會衰減，取決于建筑物的屏蔽措施。

LPZ2區：房間屏蔽區，對于監控主機房所處空間，應采用屏蔽措施，以進一步減小空間電磁場的干擾。

當金屬導線(電源線、信號線等)穿越不同的保護分區時，因電磁感應的作用，會產生較高的過電壓，影響室內設備的安全。因此，需安裝相應的過電壓保護器，對設備進行保護。在不同的保護分區，所采用的防雷器級別是不同的。同時，需要作相應的等電位處理。

2.2、 防雷保護設計方案

2.2.1、電源的防雷

(1)電源防雷箱：監控室總配電箱進線(三相四線)，為防止沿市電回路侵入的雷電流，在監控室配電盤空開前安裝電源防雷箱……作為電源系統的第一級防雷，起初級保護作用，將大部分的雷擊能量泄放。防雷箱配備電源指示、防雷指示、聲光報警指示、雷擊計數器等，當線路遭到雷擊時能夠及時報警并顯示雷擊次數，及時將雷電流瀉入大地，對整個防雷系統進行有效的管理。

(2)電源防雷器：在機房UPS前端安裝電源防雷器，防雷器選用……….作為電源系統的二級防雷模塊，降低防雷器響應速度。這樣,既能保證第一級防雷箱沒有泄放完的殘電壓損壞設備,又能將殘壓將到設備的承受范圍以內。

(3)電源防雷器：在機房UPS后端、監控幕墻、硬盤錄像機、矩陣等設備前端設備前端安裝電源防雷器，作為電源系統的三級防雷模塊，降低殘壓，抑制沖擊，提高設備壽命。

2.2.2、信號防雷部分

監控系統由分布在室內外各處的監控攝像機通過視頻信號、控制信號傳輸至中心控制主機進行集中監控。為了防止雷電產生的感應過電壓和過電流，在所有監控設備的電源線入口、信號線連接的設備兩端均安裝相應的避雷器。值得一提的是監控系統中的前端攝像機分為室外安裝型和室內安裝型，室內型攝像機信號傳輸線纜和電源供給線纜均通過"地埋"或金屬屏蔽方式布線，遭受雷擊的機會較少，如果在工程資金有限的情況下，室內部分攝像機可以不考慮防雷保護,但在每根信號線和控制線進入監控室之前必須安裝相應的防雷器以免將雷電能量引入監控室。從室外進入監控室的視頻線及數據控制線路，大都暴露戶外，而且走線較長，最容易遭受雷電感應發生強大的感應電流，從而會通過線路損害連接設備及其后接設備。選擇這類避雷器型號時要注意參照下述技術參數，避雷器的工作限制電壓小于5—8伏，防雷最大通流量為10KA。

(1)信號防雷器：在矩陣的視頻接口處安裝視頻信號電涌保護器，在監控主機的連接云臺控制處安裝控制信號防雷器對設備進行保護。

2.2.3、傳輸線路的防雷

a) 全球眼系統主要是傳輸信號線和電源線。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。b) 控制信號傳輸線和報警信號傳輸線一般選用芯屏蔽軟線，架設(或敷設)在前端與終端之間。c) GB50198-1994規定，傳輸部分的線路在城市郊區、鄉村敷設時，可采用直埋敷設方式。當條件不允許時，可采用通信管道或架空方式，此時規定了傳輸線纜與其它線路的最小間距和與其它線路共桿架設的最小垂直間距。d) 從防雷角看，直埋敷設方式防雷效果最理想，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。中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。e) 傳輸線埋地敷設并不能阻止雷擊設備的發生，大量的事實顯示，雷擊造成埋地線纜故障，大約占總故障的30%左右，即使雷擊比較遠的地方，也仍然會有部分雷電流流入電纜。所以采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通。對防護電磁干擾和電磁感應非常有效，這主要是由于金屬管的屏蔽作用和雷電流的集膚效應。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。

2.2.4、終端設備的防雷

a) 在全球眼系統中，監控室的防雷最為重要，應從直擊雷防護、雷電波侵入、等電位連接和電涌保護多方面進行。b) 監控室所在建筑物應有防直擊雷的避雷針、避雷帶或避雷網。其防直擊雷措施應符合GB50057-94中有關直擊雷保護的規定。c) 進入監控室的各種金屬管線應接到防感應雷的接地裝置上。架空電纜線直接引入時，在入戶處應加裝避雷器，并將線纜金屬外護層及自承鋼索接到接地裝置上。d) 監控室內應設置一等電位連接母線(或金屬板)，該等電位連接母線應與建筑物防雷接地、PE線、設備保護地、防靜電地等連接到一起防止危險的電位差。各種電涌保護器(避雷器)的接地線應以最直和最短的距離與等電位連接母排進行電氣連接。e) 由于有80%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。在視頻傳輸線、信號控制線，入侵報警信號線進入前端設備之前或進入中心控制臺前應加裝相應的避雷保護器。f) 良好的接地是防雷中至關重要的一環。接地電阻值越小過電壓值越低。監控中心采用專用接地裝置時，其接地電阻不得大于4Ω。采用綜合接地網時，其接地電阻不得大于1Ω。

三、室外防雷部

室外監控設備保護原理圖如下：

a) 前端設備有室外和室內安裝兩種情況，安裝在室內的設備一般不會遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設備的侵害，而室外的設備則同時需考慮防止直擊雷擊。b) 前端設備如攝像頭應置于接閃器(避雷針或其它接閃導體)有效保護范圍之內。當攝像機獨立架設時，避雷針盡量距攝像機3-4米的距離。如有困難避雷針也可以架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ 8的鍍鋅圓鋼。為防止電磁感應，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應穿金屬管屏蔽。c) 為防止雷電波沿線路侵入前端設備，應在設備前的每條線路上加裝合適的避雷器，如電源線(220V或DC12V)、視頻線、信號線和云臺控制線等。d) 攝像機的電源一般使用AC220V或DC12V。攝像機由直流變壓器供電的，單相電源避雷器應串聯或并聯在直流變壓器前端，如直流電源傳輸距離大于15米，則攝像機端還應串接低壓直流避雷器。e) 信號線傳輸距離長，耐壓水平低，極易感應雷電流而損壞設備，為了將雷電流從信號傳輸線傳導入地，信號過電壓保護器須快速響應，在設計信號傳輸線的保護時必須考慮信號的傳輸速率、信號電平，啟動電壓以及雷電通量等參數。f) 室外的前端設備應有良好的接地，接地電阻小于4Ω，高土壤電阻率地區可放寬至 <10Ω。

四、等電位工程

等電位連接，就是把建筑物內、附近的所有金屬物以及其它大型埋地金屬物、電纜金屬屏蔽層、電力系統的地線和建筑物的接地、設備外殼地，計算機信號工作地等全部用電氣連接的方法連接起來，使整個建筑物及其內部設備形成一個良好的等電位體，從而避免了當雷電流泄放不及時電源地、信號地、外殼地之間的電位差，使設備免于遭受高電位反擊和雷擊傷人事故。并且，避雷器地需與建筑物地相連，使之成為等電位。

接地和等電位連接方式，可參看下圖：

等電位的工程實施如下：

沿監控室的四面墻角鋪設一條30×3MM的銅帶(匯集排)；

把銅帶與建筑物的主鋼筋或地網相連；

把監控室設備的電源PE線、設備地線、等電位接地線等與匯集排連接

五、地網工程

地阻不合標準(>4Ω或無)，須進行地網施工，在大樓外做一環形狀地網，地溝開挖深度0.8-1.0米，埋地極深度2-2.5米，水平接地極距地表距離0.8米，垂直接地極與高效接地模塊間距3-5米，在地溝內均勻敷降阻劑，起到防腐、降低地電阻，使地阻不大于4歐姆；將地網線通過管井引入監控室內，在合適的地方作銅匯集排

六、安裝施工說明

⑴ 電源防雷設備的引線應采用截面積不小于16mm2的多股銅導線，并盡可能短(引線長度不宜超過1.0m)。當引線長度超過1.0m時，應加大引線的截面積。引線應緊湊并排或綁扎布放。信號防雷設備接地線截面積不小于2.5 mm2(不長于1.0m),并且不能與信號線綁扎布放。

⑵ 電源防雷箱的接地線應使用不小于25～35mm2的多股銅導線，并盡可能就近與交流保護地匯流排、或總匯流排、接地網直接可靠連接，且不能折彎或盤繞。

⑶ 防雷箱正常工作的條件必須滿足: 電網供電電壓必須不超出防雷箱的最大工作電壓，對于電壓變化較大的電網，應該選用最大工作電壓更高的防雷箱。

⑷ 安裝前應做好充分的準備，如連接導線的長度、接線端子和螺絲的大小等應先根據現場情況確定好。嚴禁帶電安裝電源防雷箱。

⑸ 在中斷市電來安裝電源防雷箱的同時，應確保備用電源供電正常。

⑹ 防雷設備安裝時應該合理走線，避免二次感應現象的產生。；

⑺ 安裝防雷設備時，應與有關部門密切配合，商討時機和制訂應急方案，保證對正常工作的影響降到最小。安裝時應在盡量短的時間內完成。

⑻ 地網引線截面積不小于25mm2,并就近與等電位排相連接。

七、工程質量保證體系及質量標準

為了確保工程質量，應從工程方案設計，到產品的選用、安裝全過程都遵照中華人民共和國國家標準GB50057-94(2000年版)建筑物防雷設計規范去設計安裝的。并設立由專業技術人員承擔的工程項目負責人技術責任制，現場施工設立質量監督員。在施工過程中，嚴格按照合同內容、工期和安裝質量要求進行施工安裝，工程質量符合標準要求。

1、工程設計：工程合同簽訂后，工程部即派工程技術人員到現場實地勘察，根據用戶要求和現場考察的實際情況進行工程設計并制定施工方案。

2、產品制造：符合國家、行業與企業標準

《建筑物防雷設計規范》 GB50057-94

3、工程驗收：嚴格按照國家標準 GB50057-94《建筑物防雷設計規范》及武漢維京電氣有限責任公司企業標準GCB-JOO1《防雷工程施工安裝及驗收技術要求》(參照國家標準征求意見稿制定)、GCB-J002《防雷工程施工條例》的要求進行驗收。