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安防監(jiān)控系統(tǒng)雷電及過電壓防護設計方案
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南京寧翔防雷
◆背景描述
隨著社會的發(fā)展進步，人民生活水平的不斷提高，社會經(jīng)濟越趨活躍，對“安全”的需求越來越高，安防監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護是安全技術(shù)防范體系中的一個重要組成部分，目前已經(jīng)成為高速公路、金融系統(tǒng)、軍事單位、城市交通、樓宇、廠區(qū)、小區(qū)、學校等區(qū)域最主要的安防手段。因此，監(jiān)控系統(tǒng)方案的設計和監(jiān)控工程的施工質(zhì)量直接關(guān)系到覆蓋區(qū)域的安全防范水平，如何選擇合理的防雷產(chǎn)品、監(jiān)控方案以及實施高質(zhì)量的工程就顯得尤為重要。安防監(jiān)控系統(tǒng)得到了更為廣泛的普及應用，監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護方案設計是監(jiān)控系統(tǒng)實施的第一個也是最重要的環(huán)節(jié)，監(jiān)控雷電防護方案設計的優(yōu)劣直接決定了整套監(jiān)控系統(tǒng)在氣象條件下使用的安全性。不專業(yè)、不科學的雷電防護方案輕則造成成本的增加、效果達不到要求和后期維護和擴建的難度增加，重則在安防體系中留下漏洞，給人身和財產(chǎn)安全帶來隱患。
◆挑戰(zhàn)與需求
1、安防監(jiān)控系統(tǒng)雷電電磁脈沖干擾的入侵途徑主要為：
1）直擊雷：雷電直接擊中露天的攝像機上，直接損毀設備和雷電直接擊在線纜上，造成線纜熔斷、損壞。
2）雷電侵入波：安防監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號傳輸線或進入監(jiān)控室的其它金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線/導體侵入設備，導致高電位差使設備損壞。
3）電磁感應：當附近區(qū)域有雷擊閃絡時，在雷擊落實通道周圍會產(chǎn)生強大的瞬變電磁場。處在電磁場中的監(jiān)控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢，以致?lián)p壞、損毀設備。
4）靜電感應：當有帶電的雷云出現(xiàn)時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上會感應出與雷云相反的束縛電荷。這種感應電荷在低壓架空線路上可達100kV靜電電位，信號線路上可40－60kV靜電電位，一旦雷云放電后，束縛電荷迅速擴散，即引起感應雷擊。
3）地電位反擊：直擊雷防護裝置（接閃器）在引導強大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上產(chǎn)生非常高的瞬時電壓，對周圍與它們靠得近卻又沒與它們連接的金屬物體、設備（微電子設備）、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，這個電位差引起的電擊就是地電位反擊。這種反擊不僅足以損壞電器和設備，也可能造成人身傷害或火災爆炸事故。
2、安防監(jiān)控系統(tǒng)雷電電磁脈沖防護思想：
1）直擊雷防護措施：安防監(jiān)控外部防雷系統(tǒng)的作用是提供直擊雷電流泄放通道，使雷電不會直接擊中監(jiān)控設施。外部防雷裝置包括三部分：接閃器、引下線、接地裝置。
2）雷電感應防護措施：在安防監(jiān)控系統(tǒng)的線路和終端設備加裝相對應的防雷器（SPD）有效地防護雷電電磁脈沖對傳輸電纜和監(jiān)控設備的干擾和侵害。
3）地電位反擊措施：把直擊雷防護裝置的引下線以及防雷器的接地線都必須良好的接地以達到快速泄流的作用并且引下線裝置都需連接到公共接地網(wǎng)。
◆方案與解決
1、安防監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：
1）終端設備（攝像機）
2）電纜（信號傳輸）
3）監(jiān)控機房（視頻矩陣、監(jiān)控視頻器、控制機）
4）UPS電源
2、安防監(jiān)控系統(tǒng)雷電防護內(nèi)容：
1）直擊雷裝置
2）雷電電磁脈沖防護裝置
3）泄流裝置
3、安防監(jiān)控系統(tǒng)雷電及過電壓防護措施技術(shù)依據(jù)：
1）直擊雷裝置：依據(jù)建筑物防雷標準GB50057-2010《附錄D：滾球法確定接閃器的保護范圍》第D.0.2條技術(shù)參數(shù)確定接閃器高度的計算公式，作為有效保護半徑技術(shù)措施。直擊雷防護裝置材料需符合GB11032-89防雷器材指標要求。
2）雷電電磁脈沖防護裝置：依據(jù)GB50057-2010建筑物防雷設計規(guī)范和GB50343-2012 建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷設計規(guī)范（第5.4.條規(guī)定）的要求，在安防監(jiān)控系統(tǒng)的線路和終端設備加裝相對應的防雷器（SPD）防止傳輸線路中感應雷的雷電波/流侵害監(jiān)控設施裝置和損害設備及人員的操作安全。
3）泄流裝置：依據(jù)防雷規(guī)范GB50057-2010/GB50343-2012要求設計接地裝置的阻抗值，接地裝置安裝實施流程參照接地裝置示意圖D501-1～4建筑物防雷設施安裝規(guī)范。
4、安防監(jiān)控系統(tǒng)雷電及過電壓防護具體措施：
1）直擊雷防護：直擊雷防護裝置是安防系統(tǒng)不可或缺的重要基礎(chǔ)，是安防監(jiān)控系統(tǒng)防雷保護不可忽視的組成部分。
2）前端設備直擊雷防護：安防監(jiān)控系統(tǒng)前端設備有室外和室內(nèi)兩種，安裝在室內(nèi)的設備一般不會遭受直擊雷，而安裝于室外的設備，多數(shù)處于相對的開闊地帶，直擊雷風險較大，則必須考慮直擊雷防護問題。 安防監(jiān)控系統(tǒng)前端設備（如攝像頭等）應置于接閃器（或其它接閃導體）有效保護范圍之內(nèi)。采用將接閃器架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身（也可采用Φ8的鍍鋅圓鋼或30×3鍍鋅扁鋼），但為了防止電磁感應，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應穿金屬管敷設，金屬管應可靠接地。
3）傳輸線路直擊雷防護：為了使傳輸線路免遭直擊雷的侵害，傳輸線路應盡量避免架空敷設，最好是穿金屬管埋地敷設，金屬管的兩端應可靠接地。
4）監(jiān)控機房直擊雷防護：終端設備機房所在建筑物應采取防直擊雷的措施，可采用φ10的圓鋼（刷銀粉漆）在樓頂構(gòu)筑接閃帶，另外用φ10的圓鋼做接閃帶支撐，支撐高度15cm，每隔1m設一支撐，并用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)（地網(wǎng)電阻應小于10Ω）連接，引下線的間距應不大于25米（或采用接閃器作為直擊雷防護措施，用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)連接，接閃器的高度、安裝位置應根據(jù)滾球法進行計算）。
5）防雷接地系統(tǒng)：安防監(jiān)控系統(tǒng)所有防雷裝置系統(tǒng)均應有可靠、有效的接地，接地系統(tǒng)亦是安防監(jiān)控系統(tǒng)防雷保護的必要組成部分之一（安防監(jiān)控系統(tǒng)前端、終端設備均應有良好的防雷接地，相應接地系統(tǒng)應符合規(guī)范要求。無論前端還是終端設備的接地系統(tǒng)相互之間距離如果小于20米的情況，兩個接地系統(tǒng)之間應做等電位連接）。
6）敷設布線注意事宜：許多布線人員因?qū)Ψ览字R了解有限或者圖簡單方便，習慣于將戶外走線線路與建筑物避雷帶、引下線相互捆綁。方便了工程施工與美觀的同時，也帶來了較大的防雷安全隱患。這一點是值得重視和注意的（為減小雷害風險，任何導線/金屬線路均應盡可能避免與直擊雷防護系統(tǒng)平行捆扎，而應依有關(guān)規(guī)范要求合理布線）。
◆方案實施（產(chǎn)品選型）
1、直擊雷防護裝置
1）普通接閃器
2）優(yōu)化接閃器
3）提前放電接閃器
2、雷電電磁脈沖防護裝置（SPD）
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拓撲圖序號
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材料名稱
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規(guī)格型號
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安裝位置
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1
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電源防雷器
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電源浪涌第一級防護
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電源總裝置負荷
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2
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電源防雷器
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電源浪涌第二級防護
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UPS電源前端負荷
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3
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電源防雷器
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電源浪涌第三級防護
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UPS電源后端負荷
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4
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信號防雷器
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視頻浪涌單級防護
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高速球機
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5
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信號防雷器
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視頻浪涌單級防護
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攝像機
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6
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信號防雷器
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視頻浪涌單級防護
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視頻矩陣
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7
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信號防雷器
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信號線路浪涌單級防護
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控制機
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3、泄流（接地）裝置
1）銅包鋼接地極
2）離子接地極
3）石墨接地模塊
4）等電位連接器
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