油田站场室外摄像机网络信号浪涌保护器设置探讨

2021-05-22王艳白庆东张晓辉

油气田地面工程 2021年5期

王艳白庆东张晓辉

1大庆油田设计院有限公司

2中国石油冀东油田公司工程造价中心

随着电子科学技术的进步，视频监控系统发展迅速，从80 年代、90 年代（1984—1996 年）的模拟视频系统到90 年代中期至90 年代末的半数字系统（基于电脑插卡式的视频监控系统），再到如今的全数字IP 网络系统[1-4]。半数字系统的前端是模拟摄像机，后端是数字硬盘录像机，中间的视频信号传输以同轴电缆为主；全数字IP 网络系统的前端是网络摄像机，后端是网络硬盘录像机，中间的信号传输采用八芯双绞线或光缆。随着系统制式的升级，视频监控系统的工程设计规范也进行了相应修订，但室外监控前端信号采用光纤传输时前端网络信号浪涌保护器（SPD）的设置没有明确说明，导致同一站场设计条件下网络信号浪涌保护器设置安装不同，设计标准不一致。为此，根据GB 50343—2012《建筑物电子信息系统浪涌保护技术规范》中的浪涌保护区划分及浪涌保护器设置原则，探讨油田站场室外监控前端信号采用不同介质传输时前端网络信号浪涌保护器安装的必要性。

1 存在的问题

GB 50343—2012《建筑物电子信息系统浪涌保护技术规范》第5.5.3 条第1 款规定，户外摄像机的输出视频接口应设置视频信号线路浪涌保护器，摄像机控制信号线接口处（如RS485、RS424 等）应设置信号线路浪涌保护器，解码箱处供电线路应设置电源线路浪涌保护器[5]。GB/T 50115—2019《工业电视系统工程设计标准》第10.0.11 条第2 款规定，置于室外的摄像机应分别在控制、电源、视频线两端设置适配的浪涌保护器[6]。

从以上标准规范的条款内容来看，相应的标准规范还是基于模拟摄像机的规定，没有针对网络摄像机的浪涌保护接地做专门规定，以致于工程设计时，有些在接线箱内传输设备（网络交换机）与摄像机之间设计安装了网络信号浪涌保护器，有些却没有设计安装，导致设计标准混乱，而且在非必要时安装增加了工程投资。

2 相关标准规范解读

在查阅相关标准规范[5-10]后，确定采用GB 50343—2012《建筑物电子信息系统浪涌保护技术规范》中的相关条款对浪涌保护器的设置进行讨论。

该标准第5.4.4 条第2 款规定，电子信息系统信号线路浪涌保护器宜设置在雷电防护区（LPZ）界面处[5]（图1）。

图1 信号线路浪涌保护器的设置位置Fig.1 Setting location of SPD for signal line

该标准第5.3.3 条第3 款规定，当相邻建筑物的电子信息系统之间采用电缆互联时，宜采用屏蔽电缆，非屏蔽电缆应敷设在金属电缆管道内；屏蔽电缆层两端或金属管道两端应分别连接到独立建筑物各自的等电位连接带上；采用屏蔽电缆互联时，电缆屏蔽层应能承载可预见的雷电流[5]。

图2a 表示2 个雷电保护区（LPZ1）用电力线或信号线连接。应特别注意，2个LPZ1区分别代表有独立接地系统的相距数十米或数百米的建筑物的情况，在这种情况下大部分雷电流会沿着连接线流动，在进入每个LPZ1 区时需要安装浪涌保护器。图2b 表示该问题可以利用屏蔽电缆或屏蔽电缆管道连接2 个LPZ1 区来解决，前提是屏蔽层可以携带部分雷电流，若沿屏蔽层的电压降不太大，可以免装浪涌保护器。图2中i1、i2为部分雷电流。

3 网络信号浪涌保护器

在油田向数字化、智能化发展进程中，视频监控系统的应用无处不在，为了保障系统稳定运行，不受诸如雷电等自然现象的危害，在系统中须安装信号浪涌保护器。由网络信号浪涌保护器接线图（图3）可知，浪涌保护器有输入端口和输出端口，被保护设备接在浪涌保护器的输出端口。当网络信号浪涌保护器输入端线路有浪涌侵入时，浪涌保护器起到防浪涌作用；当输出端线路有浪涌侵入时，浪涌保护器起不到保护后面设备的作用。

图3 网络信号浪涌保护器接线示意图Fig.3 Connecting diagram of network signal SPD

4 现场条件分析

油田站场室外监控杆上安装有避雷针，摄像机与接线箱之间的线缆均在监控杆（或钢管）和金属挠管内敷设，摄像机护罩、监控杆、接线箱均接地，如图4所示。

由图4可知，摄像机、接线箱及其之间的线缆均在监控杆上避雷针的有效保护范围之内，属于LPZ0B区；另外，摄像机在金属护罩内，传输设备在室外防水接线箱（金属接线箱）内，连接的数据线在监控杆和金属挠管内敷设，根据GB 50343—2012《建筑物电子信息系统浪涌保护技术规范》5.3.3条第3款及条文说明，可以把摄像机、接线箱以及它们之间的金属管道视为1个LPZ1区，整个区域的设备受到的电磁感应强度是相同的，如图5所示，图中H0>H1。

图4 监控杆上设备安装示意图Fig.4 Schematic diagram of device installation on the monitoring pole

图5 浪涌保护区划分及电磁感应分布Fig.5 Surge protection zone division and distribution of electromagnetic induction

根据以上分析，当前后端或两个前端之间的信号传输采用双绞线时，双绞线经过不同的浪涌保护区，由于不同浪涌保护区内电磁场强度不同，双绞线上有过电压（电流），此时监控前端接线箱内应设置网络信号浪涌保护器，浪涌保护器的输入端接外部引入的双绞线，起到防浪涌作用，保护摄像机和接线箱内的传输设备，传输设备与摄像机之间不设浪涌保护器，如图6所示。

图6 信号传输采用双绞线时前端设备连接示意图Fig.6 Schematic diagram of the front device connection as the signal transmission using the twisted-pair wire

当前后端或两个前端之间的信号传输采用光缆时，光纤不传导雷电感应电流，而通信设备都在同一浪涌保护区内，所受的电磁辐射是相同的，线缆上没有过电压，而且网络信号浪涌保护器是有方向性的，此时接线箱内的传输设备与摄像机之间若安装网络信号浪涌保护器，起不到防护作用，所以不需要安装网络信号浪涌保护器，只需将光缆金属构件接入接地系统，如图7所示。