酒店监控系统防雷设计

2011-08-20黄国全黄万龙

山西建筑 2011年34期

黄国全黄万龙陈捷

0 引言

酒店是集商务、旅游度假、饮食、休闲娱乐于一体的综合场所。随着社会的发展及人们生活的需要，酒店的功能愈加完善，配套设施一般有电话、电视、计算机设备及网络、电子监控系统等。电子监控系统是酒店安保工作的重要手段，由于系统具有大量的电子设备，其耐压要求较高，雷电对电子设备造成严重的威胁。

本文重点对酒店电子监控系统防雷安全进行了全面分析，提出了综合的防雷设计方案。

1 酒店雷击风险分析

1.1 建筑物规模及环境分析

经现场勘查和查阅相关图纸，本文所述新建酒店定位为商务型酒店，有一栋建筑物，地下1层，地上18层，长L=41.2 m，宽W=26.5 m，高H=68.2 m。该酒店位于河边，属于相对空旷地带，周围建筑物均在10层以下。

经现场勘测，土壤电阻率为250 Ω·m。酒店内部信息系统有计算机房、电子监控机房设备、消防控制系统等，酒店外部四个角位和内部各楼层布置电子监控设备。

1.2 雷电危害形式分析

直击雷:直击雷可能对电子监控机房所在建筑物造成破害。电效应、热效应和机械力效应等会导致酒店建筑物损坏和威胁人身安全。直击雷的特点是能量大，电压达到数万伏甚至数百万伏，瞬间电流可达上万安培。直击雷产生的强烈剧变的电磁场，处于该电磁场的信息设备有遭受浪涌过电压危害的可能。

雷电波入侵:电子监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其他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或导体侵入设备，导致高电位差使设备损坏。

电磁感应:当附近区域有雷击闪过时，在雷击落实通道周围会产生强大的瞬变电磁场。当雷击发生在酒店附近，或者雷云放电时所产生的暂态高电位和电磁脉冲能够以传导、耦合感应和辐射等方式沿多种途径侵入酒店内部信息系统，对电气设备、信息系统设备造成损害。

2 酒店建筑物及电子监控系统综合防雷设计

由于酒店监控系统有大量电子设备，电子设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性，其对雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感。因此，必须从综合防雷的角度来进行设计。该电子监控系统综合防雷设计可以分为监控机房所在建筑物外部直击雷防护设计、监控机房内部防雷设计和室外电子监控设备防雷设计三大系统。采取的方法主要有接地、分流、屏蔽、等电位连接、过电压保护等。

2.1 监控机房所在建筑物外部直击雷防护设计

监控中心机房所在酒店建筑物应采取防直击雷的措施，天面可采用φ10的镀锌圆钢构筑避雷带，另外用φ10的圆钢做避雷带支撑，支撑高度10 cm，每隔1 m设一支撑。避雷带连接处采用焊接，搭接长度为不小于圆钢直径的12倍，单面施焊，或不小于圆钢直径的6倍，双面施焊，并做好防腐处理。用40 mm×4 mm的镀锌扁钢作为引下线与地网(地网电阻应小于4 Ω)连接，引下线的间距应不大于18 m。

酒店建筑物内所有接地如防雷接地、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地、建筑物金属构件、低压配电保护线、等电位连接带及接地装置等采用共用接地形式。

2.2 监控机房内部防雷设计

监控机房是整个控制系统的关键部分，为保证设备的正常运行，对防雷接地要求非常严格。监控机房设在酒店第2层，根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》5.4.6规定，系统接地应采取共用接地形式，其中防雷接地电阻要求达到4 Ω以下，接地电阻达不到要求时增加人工接地体。为防雷击电磁脉冲，机房采取屏蔽保护。用网格尺寸200 mm×200 mm的Φ6 mm钢筋网格作屏蔽网，将屏蔽网和机房金属门窗与酒店大楼用作引下线的构造柱内钢筋电气连通。监控机房内设备的金属外壳、管道、机柜等进行等电位连接。线路屏蔽部分，将信号线与电力线分开敷设，且平行净距不小于1 m，交叉净距不小于0.3 m，采用穿金属管引入，线缆屏蔽层和金属管两端均做接地处理。进入建筑物的电源线，采用金属铠装电缆埋地敷设，电缆铠装层的两端接地。由总配电房至酒店各楼层的配电箱以及监控机房楼层配电箱的电力线路，均应采用金属铠装电缆进行敷设。监控机房内设置等电位连接金属板，将机房内所有电气电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、电缆屏蔽层、浪涌保护器(SPD)接地端以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接，以均衡电位。

2.3 室外电子监控设备防雷设计

监控系统中的前端摄像机一般分为室外安装型和室内安装型，室内型摄像机信号传输线缆和电源供给线缆均通过“地埋”方式布线，遭受雷击的机会较少。下面重点阐述该酒店室外独立摄像机防雷措施。

1)前端监控设备防雷保护。

监控系统前端部分主要由黑白(彩色)摄像机、云台、防护罩、支架等组成。当摄像机独立架设时，避雷针最好距摄像机3 m～4 m的距离。摄像头应置于接闪器(避雷针或其他接闪导体)有效保护范围之内，如有困难避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属立柱本身或选用φ10的镀锌圆钢或者镀锌扁铁。由于条件的限制，本文所描述的直击雷防护采用金属立柱自身接地，避雷针设在金属立杆顶部，采用φ16的镀锌圆钢，高度为500 mm，沿杆内部接摄像机的电源线和信号线采取套金属管屏蔽方式(见图1)。

图1 金属管屏蔽方式示意图

2)防雷接地保护。

监控设备前端监控点采取就近接地原则，对于酒店室内监控中心及靠近建筑物的摄像头，宜利用建筑物主钢筋作联合接地处理。对于远离建筑的室外摄像头，在金属立杆旁设计人工接地体(见图2)，垂直接地极采用50 mm×50 mm×5 mm镀锌角钢，长度为2.5 m，顶端埋于地面之下0.8 m，然后将垂直接地极间隔5 m打入地下，上端部用40 mm×4 mm镀锌扁钢水平焊接，并与金属立杆焊接，焊接处进行防锈、防腐处理，地网接地电阻值须小于10 Ω。根据土壤电阻率为250 Ω·m计算，需要8根接地体。t=0.8 m;a=5 m;L=8a=40 m。

图2 人工接地体示意图

2.4 电源以及信号过电压保护

2.4.1 监控系统电源过电压分级保护

在电源线路上安装电源防雷器，是一种有效可行的防护措施。结合监控电子监控机房实际，采取多级保护的形式，可安装不同通流容量的电源浪涌保护器。

监控系统电源线路由配电室埋地引入，建筑物室内供电系统采用TN-S系统。酒店大楼信息系统设备雷电防护等级为A级，根据GB 50343-2004，电源系统按四级防雷保护进行设计。根据GB 50057-94，全部雷电流的50%流入建筑物防雷接地装置，其他50%分配于进入建筑物的线路。按总雷电流150 kA(10/350 μs)来考虑浪涌保护器选择。

电源系统第一级防护。

在进入酒店的总配电柜前端安装浪涌保护器，通流量不小于80 kA(8/20 μs)。

电源系统第二级防护。

为了更好的抑制感应过电压和降低后级残压，在酒店大楼各楼层分配电箱处安装选用限压型SPD，提供第二级的保护。通流量不小于 40 kA(8/20 μs)。

电源系统第三级防护。

在酒店监控机房配电箱安装选用限压型SPD，提供第三级的保护。通流量不小于20 kA(8/20 μs)。

电源系统第四级防护。

监控机房内UPS电源、直流配电系统、重要监控设备前采用通流量不小于10 kA(8/20 μs)的SPD。

2.4.2 监控系统前端与终端设备过电压保护

为防止雷电波沿线路侵入前端设备，在设备前的每条线路(电源线220 V或DC12 V、视频线、信号线和云台控制线)加装合适的避雷器。如摄像机的电源电压一般为AC220 V或DC12 V。如果摄像机由直流变压器供电的，单相电源避雷器应串联或并联在直流变压器前端，如直流电源传输距离大于15 m，则摄像机端还应串接低压直流避雷器。监控系统终端主要由控制设备、画面分割器、监视器、录像存储设备等组成。室外各摄像头视频信号传输线路、信号控制线路上需安装信号避雷器。摄像机通过同轴电缆传输到监控中心的控制主机，在视频线和控制线进入光端机前，在每个视频分配器的输入端口处，安装控制线路避雷器和视频信号避雷器并作良好接地。电源避雷器、信号避雷器应分别采用不小于6 mm2，2.5 mm2的接地线，与并等电位连接排连接，连接导线尽可能短。控制室内所有设备的交流工作地、安全保护地、直流地、静电地等均进行等电位连接。