摘 要：随着城市和园区监控系统向数字化、网络化、智能化、综合化发展，大量的大规模集成电路和低耐压器件在系统中广泛应用，雷电对监控系统的危害也越来越大。雷电防护已成为保证监控系统安全运行的重要问题。综合雷电防护方法是在全面考虑雷电损坏监控设备的各种可能途径的前提下，综合采用外部防护、等电位连接、接地、屏蔽、合理布线、使用浪涌保护器等多种方法来解决这类问题。通过对某城区监控系统的设计与实施，证明了雷电综合防护的有效性。
关键词：监控系统 接地 等电位连接 雷电综合防护 中图分类号：tp27 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2011）12（a）-0000-00
新一代数字化监控系统的前端监控设备、网络传输设备、视频监控中心设备系统采用了大量的集成电路元件，在雷击发生时，传输线路感应到雷电磁场产生过电压，可高达数千伏，对集成电路元件有较大的危害，所以有必要对视频监控系统中的设备进行雷电综合防护。
一般来说，雷电的防护措施有隔离、等电位、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压过流保护、接地等方法，主要是将雷电过电压、过电流及雷击电磁脉冲消除在设备外围，从而有效地保护各类设备。目前主要采用气体放电管、放电间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速
率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求，组合成电源线、天馈线、信号线系列电涌保护器安装在微电子设备的外连线路中，地线按共用接地原则接入系统的地线，才不至于造成电位反击。在方案中还采用了设计合理、安装合格的电涌保护器进行有效的雷电防御。
1 设计参考标准
本方案是针对某城区监控系统[1]进行的雷电防护体系设计，并主要参考了如下规范和标准： （1）iec61024《建筑物防雷》 （2）iec61312《雷电电磁脉冲的防护》 （3）itu k25《光缆的防雷》
（4）gb50343《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 （5）gb50057-94《建筑物防雷设计规范》 （6）gb50174-93《电子计算机机房设计规范》
（7）gb50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》 2 直击雷防护
监控系统前端设备包括监控前端等设备，这些设备安装在室外，比较容易受到雷击，因此要安装防直击雷系统，需在户外做独立防雷接地网。考虑到系统前端设备数量多，结合技术经济性比较，按设备的最小值要求，接地电阻r≤4ω来考虑。 2.1 监控系统前端设备直击雷防护措施
（1）在户外监控摄像机的杆顶安装一支避雷针，避雷针的引下
线利用钢结构立柱做泄流线，并在杆底座旁与独立防雷接地网相连。取立杆高度为5～7米，避雷针长度为1.5米，利用滚球法计算可知摄像机在避雷针的保护范围内[2]。见图1. 图1. 用滚球法确定单支避雷针的保护范围 （2）户外摄像机接地及接地网
如果摄像机附近有地网，则就近引接地线至附近接地网，如果附近没有地网，则要另外建造独立地网，地网组建方案如下： a、在摄像机立杆周围分别埋设数根热镀锌角钢接地极（50×50×4.0mm），每根长度为2.5米，间距为5米。埋设角钢的数量要依立杆周围土壤电阻率决定。
b、角钢接地极用40×4.0mm扁钢组成网并连通。 c、将接地系统和立杆底座连接。
（3）接地网施工程序：施工前首先要充分了解施工现场的地形地貌、地质结构及性质，然后根据方案设计和现场情况定出各处接地极的孔位和连接导体沟槽，再进行施工安装。注意避开电缆沟、管道和其它导电装置。
a、挖沟：合理使用挖掘工具，采取逐层下挖法，沟槽深度距地面至少0.8米，沟槽宽度以能挖深为宜。
b、打入：采用适当工具打入角钢接地极。接地极头部平沟槽底部。
c、连接：把安装好的角钢接地极用40×4.0mm扁钢连接起来并进行防锈处理，形成网状；全部连接处采用可靠焊接。
d、引入：将接地系统接到立杆底座。
e、回填：先填净土，逐层夯实，整理并恢复地面。 3 感应雷防护
3.1 设备前端的感应电防护
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防感应雷作为重点，进行有效防御。在设计综合防雷时，应从以下通道进行重点防护，同时做好等电位连接和共用接地系统。
（1）前端摄像机的感应雷防雷措施：摄像机前端安装网络信号防雷器以及摄像机电源防雷器。
（2）防雷器接地线：防雷器用≥2.5mm²的绝缘多股铜芯黄绿色软线直接与地网连接，接地线和用作直击雷引下线的立杆之间要彼此绝缘，并且尽量做到短而直，接地线宜放置在立杆内。 3.2 传输线路的防护
基于网络的安防监控系统的传输线路主要有光纤、双绞线。在系统防雷时应针对不同的传输线路分别做不同的防护。光纤作为传输线路时，由于本身不是导体，对雷电流没有感应，所以线芯不考虑做防雷措施，但对其加强芯应做重复接地处理。
双绞线做传输线路时，应该在传输线路端安装数据信号避雷器，并尽量对传输线路进行穿钢管埋地敷设，在线路的两端对钢管分别接地。
3.3 传输线路的布线
安防监控系统传输线路主要是信号线和电源线。室外摄像机的电源从所属汇聚端设备处引入；如条件容许，预算充足，则可考虑由ups系统统一供电。
传输部分的线路采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，保持钢管的电气连接，这样对防护电磁干扰和电磁感应比较有效。如电缆全程穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，但埋地长度不得小于15米，在入户端将电缆金属外皮、钢管跟防雷接地装置相连。当条件不允许时，可采用通信管道或架空方式，此时传输线缆与其它线路其沟的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距，可参照gb50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》进行敷设。如：传输线缆与220v交流电线线路共沟（隧道）的最小间距为0.5米，与通讯电缆的最小间距为0.1米；传输线缆与1～10kv电力线共杆架设的最小垂直间距这2.5 米，与1kv以下电力线最小垂直间距为1.5米，与广播线最小垂直间距为1.0 米 ，与通信线最小垂直间距为0.6 米。 从防雷角度看，套金属管埋设方式防雷效果最佳，架空线最容易遭受雷击，并且破坏性大，波及范围广，为避免首尾端设备损坏，架空线传输时应在每一电杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。 3.4 监控机房设备防雷措施
安防监控机房主要设备包括服务器、存储设备、核心交换机及监
控中心电源等。监控系统设备机房位置应选择在楼栋一层以上区域但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10米以上。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。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。计算机、通信、监控机房的设备应与建筑物外墙保持0.5米以上距离。以防止大楼遭到直击雷时沿外墙内钢筋泄流入地的引下线在周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。
3.5 监控中心电源系统的防雷措施
根据有关资料统计，有70％雷击高电位是从电源线侵入的。为保证设备安全，一般电源上应设置三级避雷保护。
a. 分别在监控中心所在楼宇配电屏总开关和监控中心配电柜处安装一、二级电涌保护器。
b. 监控中心设备前安装单相三级电源防雷器，作为精细电源防雷保护，实现对电源箝位和滤波。 系统屏蔽措施
埋地线路的金属线管、pe线、信息线路金属外皮应在入户端良好接地。如入户前架空或无屏蔽者，宜在进户端前20米套装金属线管屏蔽，并把屏蔽层与防雷地可靠连通。监控中心内，应将金属电脑桌、电脑设备、控制设备金属外壳与防雷接地装置可靠连接。室外摄像机到交换机之间的外露信号线，应套不锈钢或铜金属管，并将摄像机金属屏蔽外壳及防水箱金属屏蔽外壳与引下线的柱杆可靠连接。
屏蔽[3]是减少电磁干扰的基本措施。本系统设计时采取以下措施：外部屏蔽措施、合理敷设线路路径、线路屏蔽，当然这些措施可联合使用。
（1）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进行等电位连接，并与接地装置相连。如屋顶为金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架，都必须进行等电位接地。
（2） 在需要保护的空间，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。
（3）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保证全线电气贯通，并连到各建筑物的等电位连接带上，电缆屏蔽层也应作同样处理。 等电位连接与共用接地
等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。将进入监控中心的各类管线的屏蔽层、设备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。将户外摄像头输出的线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。
(1)将分散的外表导电装置用等电位连接导体后接地，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，应在一些地方预埋等电位连接预留件。 (2)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，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gb50054的要求做等电位连接之后，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，连接主体应包含系统设备本身（含外露可导电部分）、线缆、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5米经建
筑物墙内部钢筋、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（大于10kv，1.2/50μs ）。
(4) 避雷器连接导线应短而直，连接导线不宜大于0.5米，当长度大于0.5米时应适当加粗线径。
(5)使用含有金属部件的光缆，如供抗拉强度的加强金属芯、金属潮层、防啮齿动物外层或修理维护时使用的金属通信设施等均应可靠接地，应接通光缆沿线的所有接头，再生器等处的挡潮层（金属层），并在光缆每一端进行直接接地。 6 结语
对基于网络的视频监控系统，综合考虑外部防护、屏蔽、等电位连接、接地、合理布线、使用浪涌保护器等系统防雷措施是很有必要的。这些措施的综合运用，可以有效改善信号设备的电磁环境，减少雷电电磁脉冲对弱电设备的影响，是一种行之有效的方法。该系统经过1年多的运行，经受了南方多次雷暴雨恶劣气候的考验，运行正常, 证明综合防雷效果良好。同时，以上雷电综合防护方案的设计，对监控领域或其他弱电系统防雷设计有着重要的参考意义。 参考文献
［1］李亚萍.基于网络的智能化安防监控系统的设计与实现[j].科技创新导报.2011
［2］tb 10007-99 铁路信号设计规范.
［3］(日）高桥健彦.图解接地技术[m].科学出版社.2003
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