图像信息监控系统防雷设计的思考

文｜中冶京诚工程技术有限公司 祁亚东

1 概述

近年来，随着智能建筑与信息化城市建设的高速发展，图像信息监控系统得到了广泛的应用，为城市运行提供了重要的技术支撑，其自身的安全性也受到了高度的重视。由于遭受雷击而造成的系统或设备的损坏，是图像信息监控系统所面临的主要潜在威胁之一。因此，本文将对图像信息监控系统的防雷设计作基本阐述，以期抛砖引玉，促进图像信息监控系统防雷设计水平的提高。

2 图像信息监控系统防雷设计基本要点

图像信息监控系统防雷是一项比较复杂的系统工程，我们应以保护人身安全和保证系统或设备安全可靠运行为基本出发点，进行优化设计。图像信息监控系统防雷设计主要针对系统及其视频、控制信号和供电线路的防护，其基本要点应包括：

◆ 根据系统所在地区的气象资料，按照系统或设备安装场所的雷电防护区类别、雷电防护等级等实际情况进行设计的优化；

◆ 采取能够满足系统或设备共性和特殊性要求的防雷技术及措施；

◆ 重视设计、设备选型、施工安装和验收等各阶段的质量控制。

3 防雷设计基本内容

3.1 雷电防护分区的划分

雷电防护区的划分即对需要保护和控制

雷电电磁脉冲环境的对象进行划分。就建筑物而言，其雷电防护区从外部到内部可划分为直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区和后续防护区。其中直击雷非防护区属完全暴露的不设防区，其中的电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击；直击雷防护区属充分暴露的直击雷防护区，其中的电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击；第一防护区中，在建筑物屏蔽措施的作用下，流经各类导体的雷电流与直击雷防护区相比有所减小，电磁场也得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击；第二防护区为进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区；后续防护区需要进一步减小雷电电磁脉冲以保护高敏感度设备的后续防护区。

3.2 雷电防护等级的划分

在工程设计中，可根据防雷装置拦截效率E的计算值确定其雷电防护等级（共A、B、C、D四级），如表1所示。

表1 雷电防护分级表

3.3 防雷设计资料的收集

为做好图像信息监控系统的防雷设计，收集资料是一个不可缺少的环节。对于新建的监控系统，需收集其所在地区的气象条件（如雷暴日，地区雷暴日的等级是根据年平均雷暴日数划分的，一般可划分为少雷区、多雷区、高雷区和强雷区）和地质条件（如土壤电阻率）等资料。

对于在既有系统基础上进行改、扩建的监控系统，需收集原建（构）筑物的防雷措施（包括防雷接闪器、防雷引下线的现状），以及原监控系统与其他系统接地线的安全距离、传输线路出入建筑物的方式、等电位连接状况、共用接地装置状况（包括位置、接地电阻值）等有关资料。

3.4 监控中心防雷设计

根据图像信息监控系统的规模，监控中心可设计为与其他建筑物合用或使用独立的建筑物（无论选择合用或使用独立的建筑物都必须按国家现行相关防雷设计的标准执行）。监控中心机房防雷设计的主要内容，是针对等电位连接、接地、屏蔽和浪涌保护器等考虑，这些设施的配置主要起到减小和消除雷电流对系统或设备造成的电磁危害的作用。在工程设计中，需要考虑的防雷措施主要包括：

◆ 监控中心机房需设等电位连接，户内所有监控设备的金属外壳、金属机柜架、金属管道（含钢管、线槽、桥架等），以及线缆金属护层和浪涌保护器的接地端等应以最短的距离连接到等电位连接网络的接地端子；

◆ 采用共用接地装置时，应将其与总等电位接地端子板连接，共用接地装置的接地电阻值按接入设备要求的最小值确定，等电位连接网络的接地端子板应满足机械强度和电气连续性的要求；

◆ 独立设置防雷接地装置的监控系统，其防雷接地装置的设置应符合国家现行建筑物电子信息系统防雷技术规范和监控系统设计规范的有关规定，如与其他电子信息系统的接地装置的距离小于20m时，两个接地系统之间应作等电位连接；

◆ 接地装置应优先利用建筑物的自然接地体，当自然接地体的接地电阻值达不到要求时应增加人工接地体。

3.5 前端设备防雷设计

图像信息监控系统前端设备（包括摄像机、现场控制箱等）的安装环境一般包括户外和户内两种。在户内安装的前端设备一般不易受到雷击的影响；在户外安装的前端设备大多处于相对开阔的地带，易受到雷击的影响。在工程设计中，对在户外安装的前端设备需要考虑的防雷措施主要包括：

◆ 应设置浪涌保护器（包括在视频、控制信号线路及供电线路两端的端口分别设置线路浪涌保护器），可根据实际情况选择设置二合一或三合一型的线路浪涌保护器；

◆ 视频、控制信号线路和供电线路的线缆屏蔽层、金属护层，以及保护线缆的金属管、槽等应接地；

◆ 对经现场实际情况考察确认完全处于其他接闪器或高层建筑原有接闪系统保护范围内的前端设备，可不再重复采取防雷措施；对部分或完全未处于任何接闪系统保护范围内的前端设备，必须设置独立的防雷装置（包括避雷针、引下线和接地装置等）；如前端设备安装在立杆、立柱或塔架等构件上时，采用的避雷针或避雷环应架设在前端设备顶上方的合适位置，以实现完全防护。

3.6 传输线路及其配套设备的防雷设计

图像信息监控系统的传输线路包括采用不同敷设方式的电（光）缆及其传输设备等。在工程设计中，对图像信息监控系统传输线路及其配套设备需要考虑的防雷措施主要包括：

◆ 在视频、控制信号和供电线路出入监控中心或建筑物直击雷非防护区处，以及直击雷防护区与第一防护区交界处设置适配的线路浪涌保护器；

◆ 视频、控制信号和供电线路的线缆屏蔽层、金属护层、金属接头和金属加强芯，以及保护线缆的金属管、槽等应做好接地；

◆ 为满足系统传输要求而在线路中加设的线路放大器或均衡器等配套设备的出入端口应设置线路浪涌保护器；

◆ 监控系统采用不同的传输介质时，应采取相应的防护措施，如采用同轴电缆传输时，需在传输电缆两端的线路接口和电缆屏蔽层进行防护；采用双绞线传输时，需在前端和监控中心的电源，以及双绞线接口端进行防护；采用光缆传输时，需在前端和监控中心的电源，以及光缆金属护层、加强筋进行防护。

3.7 防雷装置设计

防雷装置主要包括接闪器、引下线、接地装置、浪涌保护器及其他连接导体等，这些装置主要起到保护系统或设备免受直击雷破坏的作用。在工程设计中，对部分或完全未处于任何防雷保护范围内的监控系统，应设置防雷装置。

3.7.1 接闪器设计

（1）接闪器选型

接闪器的类型包括避雷针、避雷网和避雷带等。接闪器的选型应根据前端设备安装载体的形状、结构等特征确定。如前端设备安装在立杆或立柱上时，采用避雷针较合适。

（2）接闪器材质的选择

避雷针一般采用圆钢或焊接钢管制成，避雷网和避雷带一般采用圆钢或扁钢制成。采用圆钢时，圆钢直径不应小于8mm；采用扁钢时，扁钢截面积不应小于48mm2，厚度不应小于4mm。

3.7.2 引下线设计

（1）引下线材质的选择

如引下线采用圆钢，圆钢的直径不应小于8mm；如采用扁钢，扁钢的截面积不应小于48mm2，厚度不应小于4mm。

（2）引下线的敷设

在敷设引下线时，需注意以下问题：

◆ 当利用建（构）筑物本体的金属体，如钢柱、铁塔架等作为引下线时，应将其各部件连成电气通路，并选择最短的路径接地；

◆ 当采用多根引下线时，需在各引下线距地面0.3m和1.8m处间装设断接卡；

◆ 当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设断接卡；

◆ 当利用钢筋作引下线时，需在户内外的适当地点设若干块连接板，供测量、接人工接地和作等电位连接用；

◆ 当仅利用钢筋作引下线，并采用埋入土壤中的人工接地体时，需在每根引下线距地面大于0.3m处设置接地体连接板；

◆ 采用埋在土壤中的人工接地体时应设断接卡，人工接地体上端应与连接板或钢柱焊接。

3.7.3 接地装置设计

（1）接地体材质的选择

埋入土壤中的人工垂直接地体采用角钢、钢管或圆钢，人工水平接地体采用扁钢或圆钢。所用圆钢的直径不应小于10mm；所用扁钢的截面积不应小于100mm2，厚度不应小于4mm；所用角钢的厚度不应小于4mm；所用钢管的壁厚不应小于3.5mm。

（2）接地体的敷设

在敷设接地体时，应注意以下问题：

◆ 应用于腐蚀性较强的土壤中的接地体，需进行热镀锌等防腐处理或加大截面积；

◆ 接地线与水平接地体的截面积应一致；

◆ 人工垂直接地体的长度按不小于2.5m计算；垂直接地体间的距离、水平接地体间的距离按不小于5m计算（条件受限时可适当减小）；

◆ 人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m；

◆ 在高土壤电阻率地区，应采取措施降低防直击雷接地装置的接地电阻，具体措施包括采用多支线外引接地装置、将接地体埋入较深的低电阻率土壤中、采用降阻剂和换土等；

◆ 防直击雷的人工接地体与建筑物出人口或人行道之间的距离不应小于3m，受条件限制小于3m时可采取的措施包括将水平接地体局部深埋不小于1m，在水平接地体局部包绝缘物（可采用50～80mm厚的沥青层），采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm厚的沥青层（宽度应超过接地体2m以上）等；

◆ 对埋在土壤中的接地装置，应采用焊接的连接方式，并在焊接处作防腐等处理。

3.7.4 浪涌保护器的选择

浪涌保护器是通过抑制瞬态过电压以及旁路浪涌电流来保护电子系统或设备的装置，能够将窜入传输线路的过电压限制在系统或设备所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流在极短的时间内导通泄流入地，从而起到保护系统或设备的作用。在工程设计中，需根据视频、控制信号和供电线路传输环境、传输距离等实际情况，选择保护通流量大、残压低、响应时间快，以及插入损耗低的浪涌保护器，同时还需考虑以下内容：

◆ 视频、控制信号线路浪涌保护器应连接在被保护设备的信号端口上，浪涌保护器输出端应与被保护设备的端口可靠相连；

◆ 根据现场实际情况，浪涌保护器可安装在机柜内，或固定在设备机架上，或安装在设备邻近可利用的支撑物上；安装在户外的浪涌保护器应选择户外防护型产品；

◆ 供电线路的浪涌保护器应安装在被保护设备电源线路的前端，且其各接线端应与电源柜（箱）内线路的同名端相线连接；

◆ 浪涌保护器与被保护设备两端引线的长度不应超过0.5m；如浪涌保护器与被保护设备间的距离大于30m，则应在距被保护设备较近的合适地点再安装一组浪涌保护器；

◆ 当传输线路上有多处装有浪涌保护器且无准确数据时，电压开关型（电压开关型浪涌保护器在无浪涌时呈高阻状态，在对浪涌响应时突变为低阻状态，常用器件包括气体放电管、放电间隙等）与限压型（限压型浪涌保护器在无浪涌时呈高阻状态，随着浪涌增大呈阻抗不断降低的状态，常用器件有氧化锌压敏电阻、瞬态抑制二极管等）浪涌保护器间的线路长度不宜小于10m；限压型浪涌保护器之间的线路长度不宜小于5m；

◆ 视频、控制信号和供电线路上设置的浪涌保护器应进行等电位连接并接地；

◆ 选择视频、控制信号和供电线路上设置的浪涌保护器时，需考虑的主要参数参见表2（表2中标有“√”栏为需考虑的参数）。

表2 浪涌保护器主要参数表

4 结束语

综上所述，图像信息监控系统防雷设计涉及的内容丰富，技术要求严谨规范。就工程实施而言，除精心设计，采取有针对性的防雷技术措施，作出符合规范且满足系统要求的设计外，还需加强对施工单位资质的把关，以及在施工安装和工程验收等各环节中的管理和质量控制，使防雷措施落到实处，真正起到防护的作用。