基于网络的监控系统雷电综合防护体系设计与实现

基于网络的监控系统雷电综合防护体系设计与实现

摘要：随着城市和园区监控系统向数字化、网络化、智能化、综合化发展，大量的大规模集成电路和低耐压器件在系统中广泛应用，雷电对监控系统的危害也越来越大。雷电防护已成为保证监控系统安全运行的重要问题。综合雷电防护方法是在全面考虑雷电损坏监控设备的各种可能途径的前提下，综合采用外部防护、等电位连接、接地、屏蔽、合理布线、使用浪涌保护器等多种方法来解决这类问题。通过对某城区监控系统的设计与实施，证明了雷电综合防护的有效性。

关键词：监控系统接地等电位连接雷电综合防护

中图分类号：tp27 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2011）12（a）-0000-00

新一代数字化监控系统的前端监控设备、网络传输设备、视频监控中心设备系统采用了大量的集成电路元件，在雷击发生时，传输线路感应到雷电磁场产生过电压，可高达数千伏，对集成电路元件有较大的危害，所以有必要对视频监控系统中的设备进行雷电综合防护。

一般来说，雷电的防护措施有隔离、等电位、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压过流保护、接地等方法，主要是将雷电过电压、过电流及雷击电磁脉冲消除在设备外围，从而有效地保护各类设备。目前主要采用气体放电管、放电间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速

率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求，组合成电源线、天馈线、信号线系列电涌保护器安装在微电子设备的外连线路中，地线按共用接地原则接入系统的地线，才不至于造成电位反击。在方案中还采用了设计合理、安装合格的电涌保护器进行有效的雷电防御。

1 设计参考标准

本方案是针对某城区监控系统[1]进行的雷电防护体系设计，并主要参考了如下规范和标准：

（1）iec61024《建筑物防雷》

（2）iec61312《雷电电磁脉冲的防护》

（3）itu k25《光缆的防雷》

（4）gb50343《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

（5）gb50057-94《建筑物防雷设计规范》

（6）gb50174-93《电子计算机机房设计规范》

（7）gb50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》

2 直击雷防护

监控系统前端设备包括监控前端等设备，这些设备安装在室外，比较容易受到雷击，因此要安装防直击雷系统，需在户外做独立防雷接地网。考虑到系统前端设备数量多，结合技术经济性比较，按设备的最小值要求，接地电阻r≤4ω来考虑。

2.1 监控系统前端设备直击雷防护措施

（1）在户外监控摄像机的杆顶安装一支避雷针，避雷针的引下

线利用钢结构立柱做泄流线，并在杆底座旁与独立防雷接地网相连。取立杆高度为5～7米，避雷针长度为1.5米，利用滚球法计算可知摄像机在避雷针的保护范围内[2]。见图1.

图1. 用滚球法确定单支避雷针的保护范围

（2）户外摄像机接地及接地网

如果摄像机附近有地网，则就近引接地线至附近接地网，如果附近没有地网，则要另外建造独立地网，地网组建方案如下：

a、在摄像机立杆周围分别埋设数根热镀锌角钢接地极（50×50×4.0mm），每根长度为2.5米，间距为5米。埋设角钢的数量要依立杆周围土壤电阻率决定。

b、角钢接地极用40×4.0mm扁钢组成网并连通。

c、将接地系统和立杆底座连接。

（3）接地网施工程序：施工前首先要充分了解施工现场的地形地貌、地质结构及性质，然后根据方案设计和现场情况定出各处接地极的孔位和连接导体沟槽，再进行施工安装。注意避开电缆沟、管道和其它导电装置。

a、挖沟：合理使用挖掘工具，采取逐层下挖法，沟槽深度距地面至少0.8米，沟槽宽度以能挖深为宜。

b、打入：采用适当工具打入角钢接地极。接地极头部平沟槽底部。

c、连接：把安装好的角钢接地极用40×4.0mm扁钢连接起来并进行防锈处理，形成网状；全部连接处采用可靠焊接。

d、引入：将接地系统接到立杆底座。

e、回填：先填净土，逐层夯实，整理并恢复地面。

3 感应雷防护

3.1 设备前端的感应电防护

雷击电磁脉冲（lemp）所产生的感应电动势通过侵入通道叠加在线路信号上产生瞬间高电压，击毁各类用电设备和微电子芯片，因此在实施防雷工程时必须将防感应雷作为重点，进行有效防御。在设计综合防雷时，应从以下通道进行重点防护，同时做好等电位连接和共用接地系统。

（1）前端摄像机的感应雷防雷措施：摄像机前端安装网络信号防雷器以及摄像机电源防雷器。

（2）防雷器接地线：防雷器用≥2.5mm²的绝缘多股铜芯黄绿色软线直接与地网连接，接地线和用作直击雷引下线的立杆之间要彼此绝缘，并且尽量做到短而直，接地线宜放置在立杆内。

3.2 传输线路的防护

基于网络的安防监控系统的传输线路主要有光纤、双绞线。在系统防雷时应针对不同的传输线路分别做不同的防护。光纤作为传输线路时，由于本身不是导体，对雷电流没有感应，所以线芯不考虑做防雷措施，但对其加强芯应做重复接地处理。

双绞线做传输线路时，应该在传输线路端安装数据信号避雷器，并尽量对传输线路进行穿钢管埋地敷设，在线路的两端对钢管分别接地。

3.3 传输线路的布线

安防监控系统传输线路主要是信号线和电源线。室外摄像机的电源从所属汇聚端设备处引入；如条件容许，预算充足，则可考虑由ups系统统一供电。

传输部分的线路采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，保持钢管的电气连接，这样对防护电磁干扰和电磁感应比较有效。如电缆全程穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，但埋地长度不得小于15米，在入户端将电缆金属外皮、钢管跟防雷接地装置相连。当条件不允许时，可采用通信管道或架空方式，此时传输线缆与其它线路其沟的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距，可参照gb50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》进行敷设。如：传输线缆与220v交流电线线路共沟（隧道）的最小间距为0.5米，与通讯电缆的最小间距为0.1米；传输线缆与1～10kv电力线共杆架设的最小垂直间距这2.5 米，与1kv以下电力线最小垂直间距为1.5米，与广播线最小垂直间距为1.0 米，与通信线最小垂直间距为0.6 米。

从防雷角度看，套金属管埋设方式防雷效果最佳，架空线最容易遭受雷击，并且破坏性大，波及范围广，为避免首尾端设备损坏，架空线传输时应在每一电杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。

3.4 监控机房设备防雷措施

安防监控机房主要设备包括服务器、存储设备、核心交换机及监