圖像信息監控系統防雷設計的思考

文｜中冶京誠工程技術有限公司 祁亞東

1 概述

近年來，隨著智能建筑與信息化城市建設的高速發展，圖像信息監控系統得到了廣泛的應用，為城市運行提供了重要的技術支撐，其自身的安全性也受到了高度的重視。由于遭受雷擊而造成的系統或設備的損壞，是圖像信息監控系統所面臨的主要潛在威脅之一。因此，本文將對圖像信息監控系統的防雷設計作基本闡述，以期拋磚引玉，促進圖像信息監控系統防雷設計水平的提高。

2 圖像信息監控系統防雷設計基本要點

圖像信息監控系統防雷是一項比較復雜的系統工程，我們應以保護人身安全和保證系統或設備安全可靠運行為基本出發點，進行優化設計。圖像信息監控系統防雷設計主要針對系統及其視頻、控制信號和供電線路的防護，其基本要點應包括：

◆ 根據系統所在地區的氣象資料，按照系統或設備安裝場所的雷電防護區類別、雷電防護等級等實際情況進行設計的優化；

◆ 采取能夠滿足系統或設備共性和特殊性要求的防雷技術及措施；

◆ 重視設計、設備選型、施工安裝和驗收等各階段的質量控制。

3 防雷設計基本內容

3.1 雷電防護分區的劃分

雷電防護區的劃分即對需要保護和控制

雷電電磁脈沖環境的對象進行劃分。就建筑物而言，其雷電防護區從外部到內部可劃分為直擊雷非防護區、直擊雷防護區、第一防護區、第二防護區和后續防護區。其中直擊雷非防護區屬完全暴露的不設防區，其中的電磁場沒有衰減，各類物體都可能遭到直接雷擊；直擊雷防護區屬充分暴露的直擊雷防護區，其中的電磁場沒有衰減，各類物體很少遭受直接雷擊；第一防護區中，在建筑物屏蔽措施的作用下，流經各類導體的雷電流與直擊雷防護區相比有所減小，電磁場也得到了初步的衰減，各類物體不可能遭受直接雷擊；第二防護區為進一步減小所導引的雷電流或電磁場而引入的后續防護區；后續防護區需要進一步減小雷電電磁脈沖以保護高敏感度設備的后續防護區。

3.2 雷電防護等級的劃分

在工程設計中，可根據防雷裝置攔截效率E的計算值確定其雷電防護等級（共A、B、C、D四級），如表1所示。

表1 雷電防護分級表

3.3 防雷設計資料的收集

為做好圖像信息監控系統的防雷設計，收集資料是一個不可缺少的環節。對于新建的監控系統，需收集其所在地區的氣象條件（如雷暴日，地區雷暴日的等級是根據年平均雷暴日數劃分的，一般可劃分為少雷區、多雷區、高雷區和強雷區）和地質條件（如土壤電阻率）等資料。

對于在既有系統基礎上進行改、擴建的監控系統，需收集原建（構）筑物的防雷措施（包括防雷接閃器、防雷引下線的現狀），以及原監控系統與其他系統接地線的安全距離、傳輸線路出入建筑物的方式、等電位連接狀況、共用接地裝置狀況（包括位置、接地電阻值）等有關資料。

3.4 監控中心防雷設計

根據圖像信息監控系統的規模，監控中心可設計為與其他建筑物合用或使用獨立的建筑物（無論選擇合用或使用獨立的建筑物都必須按國家現行相關防雷設計的標準執行）。監控中心機房防雷設計的主要內容，是針對等電位連接、接地、屏蔽和浪涌保護器等考慮，這些設施的配置主要起到減小和消除雷電流對系統或設備造成的電磁危害的作用。在工程設計中，需要考慮的防雷措施主要包括：

◆ 監控中心機房需設等電位連接，戶內所有監控設備的金屬外殼、金屬機柜架、金屬管道（含鋼管、線槽、橋架等），以及線纜金屬護層和浪涌保護器的接地端等應以最短的距離連接到等電位連接網絡的接地端子；

◆ 采用共用接地裝置時，應將其與總等電位接地端子板連接，共用接地裝置的接地電阻值按接入設備要求的最小值確定，等電位連接網絡的接地端子板應滿足機械強度和電氣連續性的要求；

◆ 獨立設置防雷接地裝置的監控系統，其防雷接地裝置的設置應符合國家現行建筑物電子信息系統防雷技術規范和監控系統設計規范的有關規定，如與其他電子信息系統的接地裝置的距離小于20m時，兩個接地系統之間應作等電位連接；

◆ 接地裝置應優先利用建筑物的自然接地體，當自然接地體的接地電阻值達不到要求時應增加人工接地體。

3.5 前端設備防雷設計

圖像信息監控系統前端設備（包括攝像機、現場控制箱等）的安裝環境一般包括戶外和戶內兩種。在戶內安裝的前端設備一般不易受到雷擊的影響；在戶外安裝的前端設備大多處于相對開闊的地帶，易受到雷擊的影響。在工程設計中，對在戶外安裝的前端設備需要考慮的防雷措施主要包括：

◆ 應設置浪涌保護器（包括在視頻、控制信號線路及供電線路兩端的端口分別設置線路浪涌保護器），可根據實際情況選擇設置二合一或三合一型的線路浪涌保護器；

◆ 視頻、控制信號線路和供電線路的線纜屏蔽層、金屬護層，以及保護線纜的金屬管、槽等應接地；

◆ 對經現場實際情況考察確認完全處于其他接閃器或高層建筑原有接閃系統保護范圍內的前端設備，可不再重復采取防雷措施；對部分或完全未處于任何接閃系統保護范圍內的前端設備，必須設置獨立的防雷裝置（包括避雷針、引下線和接地裝置等）；如前端設備安裝在立桿、立柱或塔架等構件上時，采用的避雷針或避雷環應架設在前端設備頂上方的合適位置，以實現完全防護。

3.6 傳輸線路及其配套設備的防雷設計

圖像信息監控系統的傳輸線路包括采用不同敷設方式的電（光）纜及其傳輸設備等。在工程設計中，對圖像信息監控系統傳輸線路及其配套設備需要考慮的防雷措施主要包括：

◆ 在視頻、控制信號和供電線路出入監控中心或建筑物直擊雷非防護區處，以及直擊雷防護區與第一防護區交界處設置適配的線路浪涌保護器；

◆ 視頻、控制信號和供電線路的線纜屏蔽層、金屬護層、金屬接頭和金屬加強芯，以及保護線纜的金屬管、槽等應做好接地；

◆ 為滿足系統傳輸要求而在線路中加設的線路放大器或均衡器等配套設備的出入端口應設置線路浪涌保護器；

◆ 監控系統采用不同的傳輸介質時，應采取相應的防護措施，如采用同軸電纜傳輸時，需在傳輸電纜兩端的線路接口和電纜屏蔽層進行防護；采用雙絞線傳輸時，需在前端和監控中心的電源，以及雙絞線接口端進行防護；采用光纜傳輸時，需在前端和監控中心的電源，以及光纜金屬護層、加強筋進行防護。

3.7 防雷裝置設計

防雷裝置主要包括接閃器、引下線、接地裝置、浪涌保護器及其他連接導體等，這些裝置主要起到保護系統或設備免受直擊雷破壞的作用。在工程設計中，對部分或完全未處于任何防雷保護范圍內的監控系統，應設置防雷裝置。

3.7.1 接閃器設計

（1）接閃器選型

接閃器的類型包括避雷針、避雷網和避雷帶等。接閃器的選型應根據前端設備安裝載體的形狀、結構等特征確定。如前端設備安裝在立桿或立柱上時，采用避雷針較合適。

（2）接閃器材質的選擇

避雷針一般采用圓鋼或焊接鋼管制成，避雷網和避雷帶一般采用圓鋼或扁鋼制成。采用圓鋼時，圓鋼直徑不應小于8mm；采用扁鋼時，扁鋼截面積不應小于48mm2，厚度不應小于4mm。

3.7.2 引下線設計

（1）引下線材質的選擇

如引下線采用圓鋼，圓鋼的直徑不應小于8mm；如采用扁鋼，扁鋼的截面積不應小于48mm2，厚度不應小于4mm。

（2）引下線的敷設

在敷設引下線時，需注意以下問題：

◆ 當利用建（構）筑物本體的金屬體，如鋼柱、鐵塔架等作為引下線時，應將其各部件連成電氣通路，并選擇最短的路徑接地；

◆ 當采用多根引下線時，需在各引下線距地面0.3m和1.8m處間裝設斷接卡；

◆ 當利用混凝土內鋼筋、鋼柱作為自然引下線并同時采用基礎接地體時，可不設斷接卡；

◆ 當利用鋼筋作引下線時，需在戶內外的適當地點設若干塊連接板，供測量、接人工接地和作等電位連接用；

◆ 當僅利用鋼筋作引下線，并采用埋入土壤中的人工接地體時，需在每根引下線距地面大于0.3m處設置接地體連接板；

◆ 采用埋在土壤中的人工接地體時應設斷接卡，人工接地體上端應與連接板或鋼柱焊接。

3.7.3 接地裝置設計

（1）接地體材質的選擇

埋入土壤中的人工垂直接地體采用角鋼、鋼管或圓鋼，人工水平接地體采用扁鋼或圓鋼。所用圓鋼的直徑不應小于10mm；所用扁鋼的截面積不應小于100mm2，厚度不應小于4mm；所用角鋼的厚度不應小于4mm；所用鋼管的壁厚不應小于3.5mm。

（2）接地體的敷設

在敷設接地體時，應注意以下問題：

◆ 應用于腐蝕性較強的土壤中的接地體，需進行熱鍍鋅等防腐處理或加大截面積；

◆ 接地線與水平接地體的截面積應一致；

◆ 人工垂直接地體的長度按不小于2.5m計算；垂直接地體間的距離、水平接地體間的距離按不小于5m計算（條件受限時可適當減小）；

◆ 人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m；

◆ 在高土壤電阻率地區，應采取措施降低防直擊雷接地裝置的接地電阻，具體措施包括采用多支線外引接地裝置、將接地體埋入較深的低電阻率土壤中、采用降阻劑和換土等；

◆ 防直擊雷的人工接地體與建筑物出人口或人行道之間的距離不應小于3m，受條件限制小于3m時可采取的措施包括將水平接地體局部深埋不小于1m，在水平接地體局部包絕緣物（可采用50～80mm厚的瀝青層），采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設50～80mm厚的瀝青層（寬度應超過接地體2m以上）等；

◆ 對埋在土壤中的接地裝置，應采用焊接的連接方式，并在焊接處作防腐等處理。

3.7.4 浪涌保護器的選擇

浪涌保護器是通過抑制瞬態過電壓以及旁路浪涌電流來保護電子系統或設備的裝置，能夠將竄入傳輸線路的過電壓限制在系統或設備所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流在極短的時間內導通泄流入地，從而起到保護系統或設備的作用。在工程設計中，需根據視頻、控制信號和供電線路傳輸環境、傳輸距離等實際情況，選擇保護通流量大、殘壓低、響應時間快，以及插入損耗低的浪涌保護器，同時還需考慮以下內容：

◆ 視頻、控制信號線路浪涌保護器應連接在被保護設備的信號端口上，浪涌保護器輸出端應與被保護設備的端口可靠相連；

◆ 根據現場實際情況，浪涌保護器可安裝在機柜內，或固定在設備機架上，或安裝在設備鄰近可利用的支撐物上；安裝在戶外的浪涌保護器應選擇戶外防護型產品；

◆ 供電線路的浪涌保護器應安裝在被保護設備電源線路的前端，且其各接線端應與電源柜（箱）內線路的同名端相線連接；

◆ 浪涌保護器與被保護設備兩端引線的長度不應超過0.5m；如浪涌保護器與被保護設備間的距離大于30m，則應在距被保護設備較近的合適地點再安裝一組浪涌保護器；

◆ 當傳輸線路上有多處裝有浪涌保護器且無準確數據時，電壓開關型（電壓開關型浪涌保護器在無浪涌時呈高阻狀態，在對浪涌響應時突變為低阻狀態，常用器件包括氣體放電管、放電間隙等）與限壓型（限壓型浪涌保護器在無浪涌時呈高阻狀態，隨著浪涌增大呈阻抗不斷降低的狀態，常用器件有氧化鋅壓敏電阻、瞬態抑制二極管等）浪涌保護器間的線路長度不宜小于10m；限壓型浪涌保護器之間的線路長度不宜小于5m；

◆ 視頻、控制信號和供電線路上設置的浪涌保護器應進行等電位連接并接地；

◆ 選擇視頻、控制信號和供電線路上設置的浪涌保護器時，需考慮的主要參數參見表2（表2中標有“√”欄為需考慮的參數）。

表2 浪涌保護器主要參數表

4 結束語

綜上所述，圖像信息監控系統防雷設計涉及的內容豐富，技術要求嚴謹規范。就工程實施而言，除精心設計，采取有針對性的防雷技術措施，作出符合規范且滿足系統要求的設計外，還需加強對施工單位資質的把關，以及在施工安裝和工程驗收等各環節中的管理和質量控制，使防雷措施落到實處，真正起到防護的作用。