視頻監控系統的防雷安全設計探討

吳仕軍 吳安坤 甘孝明 張華江 敖國天

摘要：本文從直擊雷、雷電波入侵、雷電感應以及地電位反擊方面對視頻監控系統的危害，結合視頻監控系統的組成情況，分別從其前段設備、傳輸線路以及終端設備方面，提出較為全面的防雷安全設計，保障系統安全。

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.

關鍵詞：監控系統；直擊雷防護；感應雷防護

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

中圖分類號：G640.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0142-03

0 引言

視頻監控系統目前在小區和公共場所、軍事、金融、庫房、路橋建設等許多領域的監控和管理領域應用十分普遍。由于自身設備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，加之運行環境通常暴露在較為惡劣場所，它在電磁輻射、各種過電壓以及靜電放電環境中極易遭受破壞，造成整個監控系統無法正常工作，甚至引起更大的安全事故和經濟損失。本文從直擊雷、雷電波入侵、雷電感應以及地電位反擊方面，分析視頻監控系統受災原因，據此，提出相應的防雷安全設計方案。

1 視頻監控系統組成及雷擊損害原因

視頻監控系統包括前段、終端以及傳輸三個結構。各部分主要構件如表1所示，結構圖詳見圖1。

視頻監控系統遭受直接雷擊，擊中露天的攝像機，直接損毀設備，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在閉合環路中產生的高電壓，沿經監控系統的電源線、信號傳輸線侵入終端設備，產生高電位差致使設備損壞。還有一種情況是系統周邊與之沒有共網的防雷裝置、金屬構件在引導強大的雷電流流入大地時，產生非常高的瞬時電壓，與臨近的視頻監控系統形成較高的電位差，并對其瞬間放電。這個電位差引起的電擊就是地電位反擊。

2 防雷安全設計

2.1 前端設備（攝像機）

監控系統前端設備包括室內和室外量部分。室外設備容易遭受雷擊、過電壓等破壞，室內設備通常不會出現這些問題。因此，室外設備必須加裝直接雷防護系統，并且要在接閃器徑的防護區域內安裝攝像頭等前端裝置。如果攝安裝位置不在防雷保護區域以內（建筑物女兒墻上的前端設備），必須在適當位置安裝避雷針。圖2為攝像頭正確的安裝位置。

對于獨立支撐桿安裝的攝像機，立桿高度取7m，當7m高的安裝立桿部分已在LPA0B 區，不會遭受到直接雷擊，具體判別方法參照滾球法的計算（見圖3立桿與周邊建筑物的關系）以第三類建筑物防護計算，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（當建筑物高度 h高于60m時取60m，以下擬取h=60m進行計算），所引用的滾球法：rx=■ （2hr-h）- ■（2hr-hx），代入數據h 計算得出的 rx=31.9m。圖3中rx0為立桿與建筑物之間的距離，當 rx≥rx0，即rx0≤31.9m時，攝像槍可由其周邊高于60m的建筑物保護，不用加裝避雷針，反之則要加裝避雷針。

當前端設備位置在LPZ0A 區時，則應設置避雷短針對攝像機進行保護。并可就近與建筑物共用接地體，若就近無可用的接地裝置，應采取設置人工接地體，要求接地電阻不大于30Ω。

2.2 傳輸線路

視頻監控系統中的電源線主要用于信號傳輸。室外攝像頭可從其終端設備或其附近接入電源。傳輸線多用銅芯屏蔽軟線。從防雷看，直埋敷設方式效果最佳，但是有了傳輸線不一定能有效避雷，因為現實中的確發生過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，傳輸線纜要套上金屬管埋地敷設，這樣能降低雷電侵入波幅值，從而達到避雷、防雷的目的，架空敷設會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，至少將進入前端設備或監控室前15m的線纜套上金屬管并埋地敷設，并且在入戶端，必須用金屬管套住接線處埋設在地下，并確保金屬管兩端的接地處理正規、牢靠。

2.3 終端設備

安裝在視頻監控室內的終端系統必須做好防雷處理，終端設備如果遭受雷擊將使整個視頻監控系統直接受牽連，因此特別要加強終端系統的直擊雷防護、等電位連接以及電涌保護。

2.3.1 直擊雷防護

終端設備所在機房必須做好防直擊雷保護，可采用φ10mm圓鋼在樓頂構筑避雷帶，另外用φ10mm圓鋼做避雷帶支撐，支撐高度15cm，每隔1m設一支撐，并用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網（地網電阻應小于10Ω）連接，引下線的間距應不大于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，為保證設備安全。視頻監控電源宜設置三級浪涌保護，分別設置與機房電源總配電箱、控制中心電源以及UPS電源入線段（圖4），各級浪涌保護器參數選型如表2所示：第一級防護要求防雷器標稱通流能力不小于60kA，第二級防護要求防雷器標稱通流能力不小于20kA，第三級防護要求防雷器標稱通流不小于10kA，三級防護要求在預期100kA雷電流沖擊下，設備端殘壓<1000V，達到設備的耐壓保護水平。此外，進入終端的視頻監控信號線路應安裝相應的信號浪涌保護器，其標稱通流不小于5kA，插入損耗不大于0.5db。

2.3.3 等電位連接

等電位連接是現代防雷技術重要的防護措施之一。戶外攝像頭輸出的同軸電纜的外層和其它管線外層在進入監控室前進行等電位連接后接地。監控室內應設置一等電位連接母線（或金屬板），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。同時將室內金屬電腦桌、電腦設備、控制設備金屬外殼與防雷接地裝置可靠連接。

監控機房等電位連接網絡，根據建筑物防雷設計規范要求，等電位連接應采用S型星形結構和M型網形結構。針對機房大，設備多而分散時采用M型連接方式（圖5），宜采用40×4mm的銅排鉚接層等電位網絡，交流工作接地、設備安全接地、防靜電接地、防雷保護接地以及引入室內線纜金屬屏蔽層、金屬加強芯均就近與該網絡保持電氣連接，以此避免接地線路的纏繞對系統形成不必要的二次干擾。

若機房小設備少而集中時采用S型連接方式（圖6），即將交流工作接地、設備安全接地、防靜電接地、防雷保護接地以及引入室內線纜金屬屏蔽層、金屬加強芯等統一匯集到一個等電位端子。

2.3.4 接地

防雷系統的成功于否就取決于它的接地系統的安全和可靠，在防雷系統中，安裝防雷設備，做等電位連接，主要是為了在雷擊發生時，能夠將雷電流引入地面，以保護后端設備，從這點來看，接地系統無疑是保護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、雷電感應以及地電位反擊方面分析雷電對視頻監控系統的危害，結合視頻監控系統的組成情況，分別從其前段設備、傳輸線路以及終端設備方面，提出相應防雷安全設計，并應用于實際。位于雷達站的視頻監控系統，因地勢較高，周圍空曠，雷電活動頻繁，每年雷雨季節過后，均會造成該系統不同程度的癱瘓不能正常工作，帶來不同程度的經濟損失和困擾。隨后按照述方案進行防雷安全措施整改后，再無因雷電造成系統不工作的情況發生，在實際防雷工程設計中得到了很好的應用，取得了很好的防雷效果，大大提高了系統的安全運行水平。

4 結束語

本文主要探討了視頻監控系統遭受雷擊或過電壓破壞的原因以及防雷避雷的技術措施。嚴格來講，僅僅使用高性能的防雷保護系統并不能確保視頻監控系統完全安全，在實際應用中還必須結合監控系統所處的運行環境、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效能，確保監控系統安全、穩定地運行。

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