监控系统防雷解决方法

视频监控系统雷电保护方案

目录

1、概述........................................................................................................................................... - 1 -

2、防护原则................................................................................................................................... - 3 -

2.1 监控系统的综合防雷...................................................................................................... - 3 -

2.2 监控系统、建筑物直击雷防护及接地措施.................................................................. - 4 -

2.3雷击电磁脉冲（LEMP）的防护措施 ............................................................................ - 4 -

2.4屏蔽措施........................................................................................................................... - 5 -

2.5等电位连接与共用接地................................................................................................... - 7 -

3、方案设计综述........................................................................................................................... - 9 -

3.1方案设计依据................................................................................................................... - 9 -

3.2设计范围........................................................................................................................... - 9 -

4、具体分项设计......................................................................................................................... - 10 -

4.1电源供电的防雷措施..................................................................................................... - 10 -

4.2信号传输线路的防护措施............................................................................................. - 11 -

4.3直击雷的防护措施......................................................................................................... - 14 -

5、相关图例................................................................................................................................. - 15 -

5.1典型的监控系统系统防雷示意图................................................................................. - 15 -

5.2接地和共地原则............................................................................................................. - 16 -

1、概述

雷电是一种常见的自然放电现象，它的产生机理是相当复杂的，人类目前无法控制它产生与发展。由于雷电放电电压高、放电时间短，伴随着雷电的发生还产生静电感应、电磁感应、冲击波效应、热效应、电动力效应、电磁辐射、光辐射等，这些物理效应的共同作用，已严重危害室内弱电设备的安全运行，甚至危及工作人员的安全。

雷电的危害主要是直击雷、侧击雷、感应雷。而对电子信息系统等弱电系统的危害则主要体现在感应过电压、浪涌、电磁脉冲等对弱电设备的冲击。

雷电浪涌是近年来由于微电子设备的不断应用而引起人们极大重视的一种雷电危害形式，同时其防护方式也正在不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化（VLSI芯片），从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括感应雷及操作过电压浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入微电子设备。

电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当几百公里外的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网线路传输，经过变电站等衰减，到微电子设备时可能仍然有上千伏，这个高压很短，只有几十到几百个微妙，或者不足以烧毁微电子设备，但是对于微电子设备内部的半导体元件却有很大的损害，造成微电子设备越来越不稳定甚至是击穿电子元件，或有可能造成重要数据

的丢失。

信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体（如传输线）受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。而连接信息系统的电缆信号线上一旦窜入感应过电压，势必会损坏电子设备。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。

雷电灾害还表现在波及面广。主要有两个方面的因素，首先积聚大量电荷的雷云有较大的活动范围及其放电过程的辐射范围可覆盖达几十公里的范围，其次地面各种网络（电力、通信等网络）的相互渗透、错综复杂。而目前仍没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，只能通过各种有效的办法将雷害的程度降到最低限度。

每年各种通讯控制系统或计算机网络因雷击而损坏的事例屡见不鲜，其中安防监控系统因受到雷击而引起设备损坏、自动化监控失灵的事件也时常发生。道路监控子系统中，有一部分前端摄像机安装在室外，对于雷雨多发地区，容易遭受雷击损坏，因此极有必要对这些设备进行防雷保护。

道路监控系统中，分布在各处的室外型监控摄像机，其交流220V供电电源通过两芯电缆、视频信号通过双绞线缆、RS485通信控制信号通过多芯电缆，传输至中心控制主机，进行集中监控。

为了防止雷电产生的感应过电压和过电流，在所有监控设备的电源线入口、信号线连接的设备两端均应安装相应的避雷器。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。进行防雷器设备选型时，必须注意防雷保护器必须达到以下基本要求：

1）正常运行时，雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输，雷电保护器的对地阻抗应尽可能大，串联在电路中的阻抗应尽可能小。

2）在雷电袭击通信总线时，雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用，其钳位电压应低于RS485芯片的耐受电压水平。

3）在抑制不超过防雷器最大通流量的雷电袭击过程中，雷电保护器自身应完好。

4）雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。

2、防护原则

2.1 监控系统的综合防雷

监控系统的综合防雷设计应考虑环境因素、雷电活动规律、系统设备的重要性、发生雷灾后果的严重程度，分别采取相应的防护措施。

（1）在进行综合防雷设计时，应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术先进、经济合理、定期检测、随机维护的原则，进行综合设计及维护。

（2）监控系统防雷系统的防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、共用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。必须坚持预防为主，安全第一的指导方针。

（3）监控系统综合防雷系统应根据所在地区雷暴等级、设备放置在雷电防护区的位置不同，采用不同的防护标准。

2.2 监控系统、建筑物直击雷防护及接地措施

（1）在室外每个监控摄像头的支撑杆顶安装一套不锈钢避雷针，以保护摄像头等设备免遭直击雷危害。

（2）避雷针的引下线最好利用钢结构柱做泄流线，条件不允许时，也可以单独用25mm2以上的铜绞线穿镀锌钢管屏蔽，并做绝缘处理，从避雷针尖直接以最短路径入地，以减少泄流时的雷击电磁脉冲辐射而损坏微电子设备系统。

（3）在每支室外摄像枪支撑杆周围及所有信号机柜周围，加做简易辅助地网。

（4）每个简易地网需就近与建（构）筑物基础钢筋联接，才能有效防雷，连接材料为95平方毫米多股铜芯线或Φ12钢筋。

（5）每个电源机柜地线及外壳用16平方毫米多股铜芯线与地网联接导通。

（6）系统内信号机柜外壳及信号线屏蔽层用10平方毫米多股铜芯线接地。

2.3雷击电磁脉冲（LEMP）的防护措施

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感应雷击作为重点，进行有效的防御。在设计综合防雷时，应从以上通道进行重点防护，同时做好等电位连接和共用接地系统。

2.4屏蔽措施

（1）屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，宜采取以下措施：外部屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽，这些措施宜联合使用。

为改善电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起，并与接地装置相连。屋顶为金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架，都必须进行等电位连接后接地。

在需要保护的空间内，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层至少在两端并宜在雷电防护区交界处做等电位连接。当微电子设备系统要求只在一端做等电位连接时，可将屏蔽电缆穿金属管引入，金属管在一端做等电位连接。

建筑物之间的连接电缆应敷设在金属管道内，这些金属管道从一端到另一端应全线电气贯通，并连到各建筑物的等电位连接带上。电缆屏蔽层也应连到这些带上。

（2）实践中建筑物或房间的大空间屏蔽是由金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋这些自然构件组成的。这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽。穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连接后接地。

（3）监控系统设备系统位置应选择在LPZ最高级区和避免设在建筑物的顶三层内；当建筑物天面部分的避雷网格尺寸不符合系统抗干扰的要求时，应在天面加装屏蔽层。使用非屏蔽电缆，入户前应穿金属管并埋入地中水平距离10m以上。如受条件限制无法穿金属管埋地入户，则应加长入户屏蔽管或栈桥长度，金属管或栈桥的两端以及在雷电防护区交界处要做等电位连接和接地。

（4）监控系统设备为金属外壳时，应用最短的导线将其与等电位连接带连接。如是非金属外壳，当设备所在建筑物屏蔽未达到设备的电磁兼容性要求时，

应加装金属网或其它屏蔽体对设备屏蔽，金属网应与等电位连接带进行等电位连接。

（5）计算机、通信、监控系统的设备应与建筑物外墙保持1m左右距离。以防止大楼遭到直击雷时沿外墙泄流入地的引下线周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。

2.5等电位连接与共用接地

（1）等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。将进入监控系统的各类管线的屏蔽层、机架等在进入大楼前进行等电位连接后接地。在进入设备前再进行二次等电位连接后接地。将摄像头输出的同轴电缆的外层和其它管线外层在进入大楼前进行等电位连接后接地。

（2）将分开的外导电装置用等电位连接导体连接后接地，以减少系统设备所在的建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的建筑物内所有金属构件的多重连接建立一个三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。为方便等电位连接施工，应在一些合适的地方预埋等电位连接预留件。

进入系统所在建筑物的各类水管、采暖和空调管道等金属管道的金属外层在进入建筑物处应做等电位连接，燃气管道入户后应在法兰盘连接处插入一块绝缘两端用开关型SPD连接后户内金属管道可参加等电位连接，并与建筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，按GB50057-94（2000版）的要求做总等电位连接之后，接向总等电位连接带，并可靠连通接地。

（3）在建筑物入口处，即LPZ0B与LPZ1区交界进行总等电位连接后接地，在后续的雷电防护区交界处按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主休应包含系统设备本身（含外露可导电部分）、PE线、机柜、机架、电气和电子设备的外壳、直流工作地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、管道、屏蔽槽、电涌保护器SPD的接地等均应以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。连接基本方法应采用网型（M）结构或星型（S）结构。网型结构的环行等电位连接

带应每隔5m经建筑物墙内钢筋、金属立面与接地系统连接。当采用S型等电位连接网络时，系统的所有金属组件除在接地基准点，即ERP处连接外，均应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘。

3、方案设计综述

3.1方案设计依据

监控系统综合防雷在设计时主要采用以下标准，供设计时参照。

（1）IEC61024《建筑物防雷设计规范》

（2）IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》

（3）GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

（4）GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》

（5）GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》

（6）GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

（7）GB50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

3.2设计范围

本方案设计内容为前端监控摄像机信号系统防雷电过电压及供电系统防浪涌保护。

4、具体分项设计

4.1电源供电的防雷措施

GB50057-94（2000版）《建筑物防雷技术规范》防雷电波入侵的要求：“在电源引入的总配电箱处宜装设过电压保护器”；

GB50343-2004《建筑物内电子信息系统防雷技术规范》第5.4条第4款要求：“在直击雷非保护区或直击雷防护区与第一防护区交界处应安装通过I级分类实验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护；第一防护区之后的各分区交界处应安装限压型浪涌保护器。使用直流电源的信息设备，视其工作电压要求，宜安装适配的直流电源浪涌保护器。”

由于雷电冲击波的主要能量集中在从工频附近几十赫兹到几百赫兹的低端，所以雷电冲击波能量就容易与工频回路发生耦合、谐振，于是雷电冲击波从电源线路进入电子设备的几率，要比从信号线中进入的几率高得多，据统计，约有80%的雷击损坏电子设备的事故是由电源线引入的，因此应特别加强系统中设备电源的防雷措施。

1）在控制大楼总配电柜处，安装电源防雷器；

2）在中心控制室的监控系统配电箱处，安装电源防雷器；

3）在室外型云台摄像机电源入口处，安装标准型电源防雷器；

4）室外型固定摄像机，安装标准型电源防雷器；

4.2信号传输线路的防护措施

GB50343-2004《建筑物内电子信息系统防雷技术规范》第5.4.2条第1款要求：“进、出建筑物的信号线缆，宜选用有金属屏蔽层的电缆，并宜埋地敷设，在直击雷非保护区或直击雷防护区与第一防护区交界处，电缆金属屏蔽层应做等电位连接并接地。电子信息系统设备系统的信号线缆内芯线相应端口，应安装适配的信号线路浪涌保护器，浪涌保护器的接地端及电缆内芯的空线对应接地。”

YD/T5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》第3.2.3条要求：“建在城市且地处多雷区、强雷区的通信局（站）各类网管系统金属数据线，若长度大于50米且小于100米，其数据线一侧的终端设备输入口应具有SPD；若长度大于100米，其数据线两侧的终端设备输入口均应具有SPD。”

第3.2.4条要求：“建在郊区或山区且地处多雷区、强雷区的通信局（站）各类网管系统金属数据线，若长度大于30米且小于50米，其数据线一侧的终端设备输入口应具有SPD；若长度大于50米，其数据线两侧的终端设备输入口均应具有SPD。”

第3.2.5条第1款要求：“控制及数据采集用的网络接口应具有相应物理接口

的SPD保护。”

网络信号防雷器：

在监控前端特备是室外监控需对相机的电源及其信号进行防护。

4.3直击雷的防护措施

直击雷的防护较简易的方法是采用避雷针，室外各球形摄像机由于分别分布在室外，距离较远，因此室外各摄像头须设计安装避雷针。具体设计方案为：在室外各球形摄像头的立杆上（立杆的顶部）分别安装一支避雷针，规格为φ16×1000mm镀锌圆钢，安装方式为焊接。

5、相关图例

5.1典型的监控系统系统防雷示意图

桥架、电管以及水管等

金属物均与等电位铜排连接

主筋（至建筑接地）

主筋（至建筑接地）弱电设备

用电设备外壳与等电位铜排连接

水泥地面

等电位联结

静电地板支撑脚

桥架

等电位铜排

供电设备

外壳接地

静电地板

5.2接地和共地原则