视频监控系统的防雷安全设计探讨

吴仕军 吴安坤 甘孝明 张华江 敖国天

摘要：本文从直击雷、雷电波入侵、雷电感应以及地电位反击方面对视频监控系统的危害，结合视频监控系统的组成情况，分别从其前段设备、传输线路以及终端设备方面，提出較为全面的防雷安全设计，保障系统安全。

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.

关键词：监控系统；直击雷防护；感应雷防护

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

中图分类号：G640.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0142-03

0 引言

视频监控系统目前在小区和公共场所、军事、金融、库房、路桥建设等许多领域的监控和管理领域应用十分普遍。由于自身设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性，加之运行环境通常暴露在较为恶劣场所，它在电磁辐射、各种过电压以及静电放电环境中极易遭受破坏，造成整个监控系统无法正常工作，甚至引起更大的安全事故和经济损失。本文从直击雷、雷电波入侵、雷电感应以及地电位反击方面，分析视频监控系统受灾原因，据此，提出相应的防雷安全设计方案。

1 视频监控系统组成及雷击损害原因

视频监控系统包括前段、终端以及传输三个结构。各部分主要构件如表1所示，结构图详见图1。

视频监控系统遭受直接雷击，击中露天的摄像机，直接损毁设备，或是击中传输部分的线缆，造成线缆熔断、损坏。此外，由于直接雷击以及电磁感应在闭合环路中产生的高电压，沿经监控系统的电源线、信号传输线侵入终端设备，产生高电位差致使设备损坏。还有一种情况是系统周边与之没有共网的防雷装置、金属构件在引导强大的雷电流流入大地时，产生非常高的瞬时电压，与临近的视频监控系统形成较高的电位差，并对其瞬间放电。这个电位差引起的电击就是地电位反击。

2 防雷安全设计

2.1 前端设备（摄像机）

监控系统前端设备包括室内和室外量部分。室外设备容易遭受雷击、过电压等破坏，室内设备通常不会出现这些问题。因此，室外设备必须加装直接雷防护系统，并且要在接闪器径的防护区域内安装摄像头等前端装置。如果摄安装位置不在防雷保护区域以内（建筑物女儿墙上的前端设备），必须在适当位置安装避雷针。图2为摄像头正确的安装位置。

对于独立支撑杆安装的摄像机，立杆高度取7m，当7m高的安装立杆部分已在LPA0B 区，不会遭受到直接雷击，具体判别方法参照滚球法的计算（见图3立杆与周边建筑物的关系）以第三类建筑物防护计算，取滚球半径hr= 60m，摄像枪杆高度取hx=7m。h为周边建筑物高度（当建筑物高度 h高于60m时取60m，以下拟取h=60m进行计算），所引用的滚球法：rx=■ （2hr-h）- ■（2hr-hx），代入数据h 计算得出的 rx=31.9m。图3中rx0为立杆与建筑物之间的距离，当 rx≥rx0，即rx0≤31.9m时，摄像枪可由其周边高于60m的建筑物保护，不用加装避雷针，反之则要加装避雷针。

当前端设备位置在LPZ0A 区时，则应设置避雷短针对摄像机进行保护。并可就近与建筑物共用接地体，若就近无可用的接地装置，应采取设置人工接地体，要求接地电阻不大于30Ω。

2.2 传输线路

视频监控系统中的电源线主要用于信号传输。室外摄像头可从其终端设备或其附近接入电源。传输线多用铜芯屏蔽软线。从防雷看，直埋敷设方式效果最佳，但是有了传输线不一定能有效避雷，因为现实中的确发生过很多起雷击埋地电缆的事故，甚至不在雷电破坏范围的线缆也不能幸免。

按照常规，传输线缆要套上金属管埋地敷设，这样能降低雷电侵入波幅值，从而达到避雷、防雷的目的，架空敷设会增加线缆遭受雷击的概率。如果不能埋地走线，可将架空线缆全部套上金属管。如果条件有限不能全程套管，至少将进入前端设备或监控室前15m的线缆套上金属管并埋地敷设，并且在入户端，必须用金属管套住接线处埋设在地下，并确保金属管两端的接地处理正规、牢靠。

2.3 终端设备

安装在视频监控室内的终端系统必须做好防雷处理，终端设备如果遭受雷击将使整个视频监控系统直接受牵连，因此特别要加强终端系统的直击雷防护、等电位连接以及电涌保护。

2.3.1 直击雷防护

终端设备所在机房必须做好防直击雷保护，可采用φ10mm圆钢在楼顶构筑避雷带，另外用φ10mm圆钢做避雷带支撑，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25m。也可以采用避雷针作为防直击雷的40×4mm的镀锌扁钢作为引下线与地网连接。

2.3.2 防浪涌入侵

由于有80%雷击高电位是从电源线侵入的，为保证设备安全。视频监控电源宜设置三级浪涌保护，分别设置与机房电源总配电箱、控制中心电源以及UPS电源入线段（图4），各级浪涌保护器参数选型如表2所示：第一级防护要求防雷器标称通流能力不小于60kA，第二级防护要求防雷器标称通流能力不小于20kA，第三级防护要求防雷器标称通流不小于10kA，三级防护要求在预期100kA雷电流冲击下，设备端残压<1000V，达到设备的耐压保护水平。此外，进入终端的视频监控信号线路应安装相应的信号浪涌保护器，其标称通流不小于5kA，插入损耗不大于0.5db。

2.3.3 等电位连接

等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。户外摄像头输出的同轴电缆的外層和其它管线外层在进入监控室前进行等电位连接后接地。监控室内应设置一等电位连接母线（或金属板），等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。同时将室内金属电脑桌、电脑设备、控制设备金属外壳与防雷接地装置可靠连接。

监控机房等电位连接网络，根据建筑物防雷设计规范要求，等电位连接应采用S型星形结构和M型网形结构。针对机房大，设备多而分散时采用M型连接方式（图5），宜采用40×4mm的铜排铆接层等电位网络，交流工作接地、设备安全接地、防静电接地、防雷保护接地以及引入室内线缆金属屏蔽层、金属加强芯均就近与该网络保持电气连接，以此避免接地线路的缠绕对系统形成不必要的二次干扰。

若机房小设备少而集中时采用S型连接方式（图6），即将交流工作接地、设备安全接地、防静电接地、防雷保护接地以及引入室内线缆金属屏蔽层、金属加强芯等统一汇集到一个等电位端子。

2.3.4 接地

防雷系统的成功于否就取决于它的接地系统的安全和可靠，在防雷系统中，安装防雷设备，做等电位连接，主要是为了在雷击发生时，能够将雷电流引入地面，以保护后端设备，从这点来看，接地系统无疑是保护建筑物及人的生命安全的一道有效屏障，正确有效的接地是建筑物防雷、避雷的关键所在。

3 防雷效果分析

本文从直击雷、雷电波入侵、雷电感应以及地电位反击方面分析雷电对视频监控系统的危害，结合视频监控系统的组成情况，分别从其前段设备、传输线路以及终端设备方面，提出相应防雷安全设计，并应用于实际。位于雷达站的视频监控系统，因地势较高，周围空旷，雷电活动频繁，每年雷雨季节过后，均会造成该系统不同程度的瘫痪不能正常工作，带来不同程度的经济损失和困扰。随后按照述方案进行防雷安全措施整改后，再无因雷电造成系统不工作的情况发生，在实际防雷工程设计中得到了很好的应用，取得了很好的防雷效果，大大提高了系统的安全运行水平。

4 结束语

本文主要探讨了视频监控系统遭受雷击或过电压破坏的原因以及防雷避雷的技术措施。严格来讲，仅仅使用高性能的防雷保护系统并不能确保视频监控系统完全安全，在实际应用中还必须结合监控系统所处的运行环境、传输线缆的布线方式、屏蔽和接地处理方法，这样才能提高防雷保护效能，确保监控系统安全、稳定地运行。

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