平安城市監(jiān)控系統(tǒng)防雷工程-環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

前 言

雷擊災(zāi)害具有隨機性,地域性的特點,防雷工程是為了最大程度的降低雷擊災(zāi)害的損失.但雷擊風(fēng)險是不可避免的,只能盡可能的降低.隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 如今已是電子化時代.日益繁忙龐雜的事務(wù)通過高速電腦、自動化設(shè)備及通訊的發(fā)展變得井然有序.但這些敏感電子設(shè)備的工作電壓卻在不斷降低，其數(shù)量和規(guī)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(nèi)都可能產(chǎn)生危險過電壓,損壞線路上設(shè)備.其后果可能使整個系統(tǒng)的運行中斷, 并造成難以估算的經(jīng)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(nèi)將被保護線路連入等電位系統(tǒng)中，使設(shè)備各端口等電位，同時釋放電路上因雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量，將其短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口端的電位差,從而保護線路上的用戶設(shè)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(shè)備，造成設(shè)備損壞。

⑵雷電沿信號線路而進入信號設(shè)備，造成信號設(shè)備損壞。

⑶雷電流引起的強電磁感應(yīng)造成耐壓值較低的信號端口損壞

(4)地電位反擊造成設(shè)備損壞。

因此本方案將以整個供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)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(shè)計原理

1.1防雷系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足原則

1、 首先考慮人身安全；

2、 保護器不影響被保護設(shè)備的正常工作；

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

4、 防護器件應(yīng)有較高的承受沖擊能量的能力，并有規(guī)范的接地系統(tǒng)。

按照IEC1312-1～3規(guī)范，為保護你監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備，將需要保護的空間劃分為不同的防雷區(qū)（LPZ），根據(jù)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(yīng)的防護等級，合理使用相應(yīng)的防雷器。

1.2 防護措施

概括的說，當(dāng)今電子設(shè)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(wǎng)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(shè)備上。

屏蔽：系統(tǒng)所有的金屬導(dǎo)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(shè)中，利用建筑物鋼筋網(wǎng)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(yīng)）干擾機房內(nèi)設(shè)備。

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

接地：在系統(tǒng)中，為保證其穩(wěn)定可靠的工作、保護設(shè)備和人身安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統(tǒng)。

過電壓保護：電子設(shè)備的信號線、電源線上安裝相應(yīng)的過電壓保護器，利用其非線性效應(yīng)，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護設(shè)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(jù)需要進行組合，形成完整的防雷保護器。

1.3 防雷工程設(shè)計依據(jù)

· 國標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94

· 國標(biāo)《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》GB50174-93

· 國標(biāo)《民用電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92

· 國標(biāo)《計算機場地安全要求》GB9361-88

· 《通信局（站）接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定》YDJ26－89

· 《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》YD5078-1998

· 國際電信聯(lián)盟ITU-T（原CCITT）相關(guān)建議及標(biāo)準(zhǔn)

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

K.41 電信中心內(nèi)部通信設(shè)備接口抗雷擊能力

IEC61644-1-1999 接至電信網(wǎng)絡(luò)的信號接口保護器

· 建設(shè)單位提供的資料。

二、監(jiān)控室防雷部分:

2.1、 防雷設(shè)備選型和應(yīng)用原則

防雷設(shè)備的正確選擇和應(yīng)用，將直接關(guān)系到整個系統(tǒng)防雷的質(zhì)量。如果選擇不當(dāng)，不但難以起到防雷的作用，甚至還會對設(shè)備造成不必要的影響，因此，防雷設(shè)備的選型及其應(yīng)用至關(guān)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(tǒng)的多級防雷，原則上均選用并聯(lián)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(cè)各級保護除選擇共模的保護方式外，還應(yīng)盡量選擇包括差模在內(nèi)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(wǎng)電壓普遍不穩(wěn)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(xù)工作電壓，選擇耐壓值較高的防雷器。如果最大連續(xù)工作電壓偏低，則易造成避雷器自毀。

電源低壓側(cè)有不同的保護級別統(tǒng)低，應(yīng)根據(jù)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(dǎo)線超過25m以上，都應(yīng)做該級相應(yīng)的保護。

電源低壓側(cè)保護用的電源避雷器，應(yīng)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(jiān)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(tǒng)斷開，而不影響通信電源系統(tǒng)的正常供電。

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

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

根據(jù)防雷區(qū)的劃分和實際情況合理的設(shè)計各級電源防雷體系，并選擇適當(dāng)?shù)姆览灼鳌?/p>

附注：防雷區(qū)的劃分

根據(jù)IEC1312-1雷電電磁脈沖的防護標(biāo)準(zhǔn)，計算機系統(tǒng)的防雷保護區(qū)分為四個區(qū)域，各區(qū)交界處應(yīng)作相應(yīng)的防雷處理。各區(qū)劃分如下：

LPZ0A區(qū)：直擊雷作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護區(qū)以外的區(qū)域，由于本區(qū)內(nèi)所有物體均有可能遭受直接雷擊，并可能導(dǎo)走全部雷電流；另外本區(qū)能所有物體均處于雷電電磁場最強處，故對于雷電的感應(yīng)最強。

LPZ0B區(qū)：感應(yīng)雷主作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護區(qū)內(nèi)，但未經(jīng)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(dǎo)電物體均可感應(yīng)較強雷電流的區(qū)域。

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

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

當(dāng)金屬導(dǎo)線（電源線、信號線等）穿越不同的保護分區(qū)時，因電磁感應(yīng)的作用，會產(chǎn)生較高的過電壓，影響室內(nèi)設(shè)備的安全。因此，需安裝相應(yīng)的過電壓保護器，對設(shè)備進行保護。在不同的保護分區(qū)，所采用的防雷器級別是不同的。同時，需要作相應(yīng)的等電位處理。

2.2、 防雷保護設(shè)計方案

針對監(jiān)控系統(tǒng)的情況，以及前面分析的雷電侵入途徑我們提出防雷方案如下。并請參考下圖：

2.2.1、電源的防雷

（1）電源防雷箱：監(jiān)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(jiān)控室配電盤空開前安裝電源防雷箱……作為電源系統(tǒng)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(shù)器等，當(dāng)線路遭到雷擊時能夠及時報警并顯示雷擊次數(shù)，及時將雷電流瀉入大地，對整個防雷系統(tǒng)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(tǒng)的二級防雷模塊，降低防雷器響應(yīng)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(shè)備,又能將殘壓將到設(shè)備的承受范圍以內(nèi)。

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

2.2.2、信號防雷部分

監(jiān)控系統(tǒng)由分布在室內(nèi)外各處的監(jiān)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(jiān)控。為了防止雷電產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓和過電流，在所有監(jiān)控設(shè)備的電源線入口、信號線連接的設(shè)備兩端均安裝相應(yīng)的避雷器。值得一提的是監(jiān)控系統(tǒng)中的前端攝像機分為室外安裝型和室內(nèi)安裝型，室內(nèi)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(nèi)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(jiān)控室之前必須安裝相應(yīng)的防雷器以免將雷電能量引入監(jiān)控室。從室外進入監(jiān)控室的視頻線及數(shù)據(jù)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(yīng)發(fā)生強大的感應(yīng)電流，從而會通過線路損害連接設(shè)備及其后接設(shè)備。選擇這類避雷器型號時要注意參照下述技術(shù)參數(shù)，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(jiān)控主機的連接云臺控制處安裝控制信號防雷器對設(shè)備進行保護。

2.2.3、傳輸線路的防雷

a) 全球眼系統(tǒng)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(shè)備處引入，也可從監(jiān)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(shè)（或敷設(shè)）在前端與終端之間。c) GB50198－1994規(guī)定，傳輸部分的線路在城市郊區(qū)、鄉(xiāng)村敷設(shè)時，可采用直埋敷設(shè)方式。當(dāng)條件不允許時，可采用通信管道或架空方式，此時規(guī)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(shè)的最小垂直間距。d) 從防雷角看，直埋敷設(shè)方式防雷效果最佳，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(shè)備損壞，架空線傳輸時應(yīng)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(yīng)接地。中間放大器輸入端的信號源和電源均應(yīng)分別接入合適的避雷器。e) 傳輸線埋地敷設(shè)并不能阻止雷擊設(shè)備的發(fā)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(shè)，保持鋼管的電氣連通。對防護電磁干擾和電磁感應(yīng)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(yīng)。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(shè)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(shè)備的防雷

a) 在全球眼系統(tǒng)中，監(jiān)控室的防雷最為重要，應(yīng)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(jiān)控室所在建筑物應(yīng)有防直擊雷的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)。其防直擊雷措施應(yīng)符合GB50057－94中有關(guān)直擊雷保護的規(guī)定。c) 進入監(jiān)控室的各種金屬管線應(yīng)接到防感應(yīng)雷的接地裝置上。架空電纜線直接引入時，在入戶處應(yīng)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(jiān)控室內(nèi)應(yīng)設(shè)置一等電位連接母線（或金屬板），該等電位連接母線應(yīng)與建筑物防雷接地、PE線、設(shè)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(yīng)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(shè)備安全，一般電源上應(yīng)設(shè)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(shè)備之前或進入中心控制臺前應(yīng)加裝相應(yīng)的避雷保護器。f) 良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)。接地電阻值越小過電壓值越低。監(jiān)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(wǎng)時，其接地電阻不得大于1Ω。

三、室外防雷部分

室外監(jiān)控設(shè)備保護原理圖如下：

a) 前端設(shè)備有室外和室內(nèi)安裝兩種情況，安裝在室內(nèi)的設(shè)備一般不會遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設(shè)備的侵害，而室外的設(shè)備則同時需考慮防止直擊雷擊。b) 前端設(shè)備如攝像頭應(yīng)置于接閃器（避雷針或其它接閃導(dǎo)體）有效保護范圍之內(nèi)。當(dāng)攝像機獨立架設(shè)時，避雷針最好距攝像機3－4米的距離。如有困難避雷針也可以架設(shè)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(yīng)，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應(yīng)穿金屬管屏蔽。c) 為防止雷電波沿線路侵入前端設(shè)備，應(yīng)在設(shè)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(yīng)串聯(lián)或并聯(lián)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(yīng)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(yīng)雷電流而損壞設(shè)備，為了將雷電流從信號傳輸線傳導(dǎo)入地，信號過電壓保護器須快速響應(yīng)，在設(shè)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(shù)。f) 室外的前端設(shè)備應(yīng)有良好的接地，接地電阻小于4Ω，高土壤電阻率地區(qū)可放寬至 <10Ω。

四、等電位工程

等電位連接，就是把建筑物內(nèi)、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(tǒng)的地線和建筑物的接地、設(shè)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(nèi)部設(shè)備形成一個良好的等電位體，從而避免了當(dāng)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(shè)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(jiān)控室的四面墻角鋪設(shè)一條30×3MM的銅帶（匯集排）；

把銅帶與建筑物的主鋼筋或地網(wǎng)相連；

把監(jiān)控室設(shè)備的電源PE線、設(shè)備地線、等電位接地線等與匯集排連接

五、地網(wǎng)工程

地阻不合標(biāo)準(zhǔn)（>4Ω或無），須進行地網(wǎng)施工，在大樓外做一環(huán)形狀地網(wǎng)，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(nèi)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(wǎng)線通過管井引入監(jiān)控室內(nèi)，在合適的地方作銅匯集排（如下圖所示）：

六、安裝施工說明

⑴ 電源防雷設(shè)備的引線應(yīng)采用截面積不小于16mm²的多股銅導(dǎo)線，并盡可能短（引線長度不宜超過1.0m）。當(dāng)引線長度超過1.0m時，應(yīng)加大引線的截面積。引線應(yīng)緊湊并排或綁扎布放。信號防雷設(shè)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(yīng)使用不小于25～35mm²的多股銅導(dǎo)線，并盡可能就近與交流保護地匯流排、或總匯流排、接地網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)，應(yīng)該選用最大工作電壓更高的防雷箱。

⑷ 安裝前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備，如連接導(dǎo)線的長度、接線端子和螺絲的大小等應(yīng)先根據(jù)現(xiàn)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(yīng)確保備用電源供電正常。

⑹ 防雷設(shè)備安裝時應(yīng)該合理走線，避免二次感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。；

⑺ 安裝防雷設(shè)備時，應(yīng)與有關(guān)部門密切配合，商討最佳時機和制訂最佳應(yīng)急方案，保證對正常工作的影響降到最小。安裝時應(yīng)在盡量短的時間內(nèi)完成。

⑻ 地網(wǎng)引線截面積不小于25mm2,并就近與等電位排相連接。

七、工程質(zhì)量保證體系及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

為了確保工程質(zhì)量，應(yīng)從工程方案設(shè)計，到產(chǎn)品的選用、安裝全過程都遵照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94（2000年版）建筑物防雷設(shè)計規(guī)范去設(shè)計安裝的。并設(shè)立由專業(yè)技術(shù)人員承擔(dān)的工程項目負責(zé)人技術(shù)責(zé)任制，現(xiàn)場施工設(shè)立質(zhì)量監(jiān)督員。在施工過程中，嚴格按照合同內(nèi)容、工期和安裝質(zhì)量要求進行施工安裝，工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

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

2、產(chǎn)品制造：符合國家、行業(yè)與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》 GB50057-94

3、工程驗收：嚴格按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》及武漢維京電氣有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GCB-JOO1《防雷工程施工安裝及驗收技術(shù)要求》（參照國家標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿制定）、GCB-J002《防雷工程施工條例》的要求進行驗收。

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