安防监控系统雷电及过电压防护

◆背景描述

随着社会的发展进步，人民生活水平的不断提高，社会经济越趋活跃，对“安全”的需求越来越高，安防监控系统的雷电防护是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，目前已经成为高速公路、金融系统、军事单位、城市交通、楼宇、厂区、小区、学校等区域最主要的安防手段。因此，监控系统方案的设计和监控工程的施工质量直接关系到覆盖区域的安全防范水平，如何选择合理的防雷产品、监控方案以及实施高质量的工程就显得尤为重要。安防监控系统得到了更为广泛的普及应用，监控系统的雷电防护方案设计是监控系统实施的第一个也是最重要的环节，监控雷电防护方案设计的优劣直接决定了整套监控系统在气象条件下使用的安全性。不专业、不科学的雷电防护方案轻则造成成本的增加、效果达不到要求和后期维护和扩建的难度增加，重则在安防体系中留下漏洞，给人身和财产安全带来隐患。

◆挑战与需求

1、安防监控系统雷电电磁脉冲干扰的入侵途径主要为：

1）直击雷：雷电直接击中露天的摄像机上，直接损毁设备和雷电直接击在线缆上，造成线缆熔断、损坏。

2）雷电侵入波：安防监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线/导体侵入设备，导致高电位差使设备损坏。

3）电磁感应：当附近区域有雷击闪络时，在雷击落实通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势，以致损坏、损毁设备。

4）静电感应：当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达100kV静电电位，信号线路上可40－60kV静电电位，一旦雷云放电后，束缚电荷迅速扩散，即引起感应雷击。

3）地电位反击：直击雷防护装置（接闪器）在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压，对周围与它们靠得近却又没与它们连接的金属物体、设备（微电子设备）、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差引起的电击就是地电位反击。这种反击不仅足以损坏电器和设备，也可能造成人身伤害或火灾爆炸事故。

2、安防监控系统雷电电磁脉冲防护思想：

1）直击雷防护措施：安防监控外部防雷系统的作用是提供直击雷电流泄放通道，使雷电不会直接击中监控设施。外部防雷装置包括三部分：接闪器、引下线、接地装置。

2）雷电感应防护措施：在安防监控系统的线路和终端设备加装相对应的防雷器（SPD）有效地防护雷电电磁脉冲对传输电缆和监控设备的干扰和侵害。

3）地电位反击措施：把直击雷防护装置的引下线以及防雷器的接地线都必须良好的接地以达到快速泄流的作用并且引下线装置都需连接到公共接地网。

◆方案与解决

1、安防监控系统结构组成：

1）终端设备（摄像机）;2）电缆（信号传输）;3）监控机房（视频矩阵、监控视频器、控制机）;4）UPS电源

2、安防监控系统雷电防护内容：

1）直击雷装置;2）雷电电磁脉冲防护装置;3）泄流装置

3、安防监控系统雷电及过电压防护措施技术依据：

1）直击雷装置：依据建筑物防雷标准GB50057-2010《附录D：滚球法确定接闪器的保护范围》第D.0.2条技术参数确定接闪器高度的计算公式，作为有效保护半径技术措施。直击雷防护装置材料需符合GB11032-89防雷器材指标要求。

2）雷电电磁脉冲防护装置：依据GB50057-2010建筑物防雷设计规范和GB50343-2012 建筑物电子信息系统的防雷设计规范（第5.4.条规定）的要求，在安防监控系统的线路和终端设备加装相对应的防雷器（SPD）防止传输线路中感应雷的雷电波/流侵害监控设施装置和损害设备及人员的操作安全。

3）泄流装置：依据防雷规范GB50057-2010/GB50343-2012要求设计接地装置的阻抗值，接地装置安装实施流程参照接地装置示意图D501-1～4建筑物防雷设施安装规范。    

4、安防监控系统雷电及过电压防护具体措施：

1）直击雷防护：直击雷防护装置是安防系统不可或缺的重要基础，是安防监控系统防雷保护不可忽视的组成部分。 

2）前端设备直击雷防护：安防监控系统前端设备有室外和室内两种，安装在室内的设备一般不会遭受直击雷，而安装于室外的设备，多数处于相对的开阔地带，直击雷风险较大，则必须考虑直击雷防护问题。 安防监控系统前端设备（如摄像头等）应置于接闪器（或其它接闪导体）有效保护范围之内。采用将接闪器架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身（也可采用Φ8的镀锌圆钢或30×3镀锌扁钢），但为了防止电磁感应，沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管敷设，金属管应可靠接地。

3）传输线路直击雷防护：为了使传输线路免遭直击雷的侵害，传输线路应尽量避免架空敷设，最好是穿金属管埋地敷设，金属管的两端应可靠接地。

4）监控机房直击雷防护：终端设备机房所在建筑物应采取防直击雷的措施，可采用φ10的圆钢（刷银粉漆）在楼顶构筑接闪带，另外用φ10的圆钢做接闪带支撑，支撑高度15cm，每隔1m设一支撑，并用40×4mm的镀锌扁钢作为引下线与地网（地网电阻应小于10Ω）连接，引下线的间距应不大于25米（或采用接闪器作为直击雷防护措施，用40×4mm的镀锌扁钢作为引下线与地网连接，接闪器的高度、安装位置应根据滚球法进行计算）。

5）防雷接地系统： 安防监控系统所有防雷装置系统均应有可靠、有效的接地，接地系统亦是安防监控系统防雷保护的必要组成部分之一（安防监控系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地，相应接地系统应符合规范要求。无论前端还是终端设备的接地系统相互之间距离如果小于20米的情况，两个接地系统之间应做等电位连接）。 

6）敷设布线注意事宜：许多布线人员因对防雷知识了解有限或者图简单方便，习惯于将户外走线线路与建筑物避雷带、引下线相互捆绑。方便了工程施工与美观的同时，也带来了较大的防雷安全隐患。这一点是值得重视和注意的（为减小雷害风险，任何导线/金属线路均应尽可能避免与直击雷防护系统平行捆扎，而应依有关规范要求合理布线）。

5、安防监控系统雷电电磁脉冲防护拓扑图：

◆方案实施 （产品选型）

1、直击雷防护装置

1）普通接闪器; 2）优化接闪器; 3）提前放电接闪器;

2、雷电电磁脉冲防护装置（SPD）

3、泄流（接地）装置

1）铜包钢接地极; 2）离子接地极; 3）石墨接地模块; 4）等电位连接器。