视频监控系统的防雷优化方案

为了能准确、有效地提供视频监控系统的防雷解决方案，首先应准确地分析视频监控系统遭受雷击损害的主要原因以及在当前防雷保护中存在的问题。在此基础上，选用合适的防雷保护装置，研究和探讨信号、电源线路的合理布放，明确屏蔽及接地方式，方可给出准确系统的防雷解决。综合防雷系统包含外部防雷和内部防雷等防护措施，如图4-60所示。

外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放入大地。

内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保后接设备的安全。

避雷带、引下线（或建筑物钢筋）和接地体等构成的外部防雷系统，主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的。

（一）监控中心的防雷

视频监控系统中监控中心室的防雷最为重要，因为监控中心室的设备庞大精密，较为昂贵。同时，监控中心室是视频监控系统的枢纽中心，肩负着整个系统的调控与指挥的作用。监控中心的防雷应从直击雷防护、雷电波侵入、等电位连接和浪涌保护等多方面同时进行。

图4-61 电源三级防护示意图

图4-60 综合防雷系统的防护措施

1.浪涌保护

监控中心内的浪涌保护就是通过对进入机房的各个电源、数据信号线路进行过电压防护，将其进行等电位连接，从而起到保护设备的作用。浪涌保护包括电源保护和信号保护两类。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概率，要比从信号线中进入的概率高得多，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保护措施。

（1）电源保护

电源有三相或单相两种供电方式，电源电缆分穿钢管屏蔽、直埋或架空三种进线形式。根据相关标准的要求，电源防雷保护需采用三级防护，如图4-61所示。第一级为中心控制室配电箱处的电源浪涌保护器，安装于机房的配电箱内电源线上，主要用来抑制吸收该电源线上所产生并传导的感应雷电或系统操作过电压，以保护总控室内通过此电源线供电的所有用电设备。第二级为单相交流电源浪涌保护器，安装于机房UPS电源前端，主要用来抑制吸收第一级浪涌保护器的残余电压或系统操作过电压，以保护系统设备及其他电子设备。第三级采用防雷插座（六孔保护），分别安装于各设备的电源线上，主要用来抑制吸收第一、二级保护的残余电压或系统操作过电压，以保护系统设备及其他电子设备。电源配电箱一般安装在监控室墙壁上，电源一、二级避雷器安装在配电箱内或外部。电源进线如果穿钢管埋地引入可只装一级避雷保护。如直埋进线可根据雷害危险程度和设备重要性安装一、二级避雷保护。如架空进线则需安装两级以上避雷保护设置。

电源架空引入监控：电源系统必须设置三级避雷保护，且第一级如采用限压型的避雷器，其雷电通量应≥80kA（8/20μs），如采用开关型的避雷器，其雷电通量应≥15kA（10/350μs），图4-62所示为避雷器雷电放电的模拟波形示意图。

图4-62 雷电放电的模拟波形

电源埋地穿钢管引入监控中心：电源系统可设置一、二级避雷保护，且第一级选用限压型的避雷器要求雷电通量≥40kA（8/20μs）即可。如已安装第一级，此处可作为电源系统第二级避雷保护。避雷器安装在监控室配电箱三相电源总进线处。

电源系统的末级避雷保护：对于已经安装了前级电源避雷器的监控中心，应对终端用电设备实施精细防护，将供电入口避雷器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用，以达到完全消除微小瞬态过电压的目的。选用模块式电源避雷器或电源防雷插座，限制电压可以达到小于≤1.5kV和限制电压小于1kV。

对于室内有空气开关的设备可在空开处安装末级防雷模块，如室内电源取自墙壁插座，可在用电设备电源插座处使用一个防浪涌保护插线板。

监控中心对前端设备的供电防雷：监控中心对前端设备集中供电的电源引出线应加装避雷器，根据电源线的输出电压选择避雷器的型号。雷电通量为20kA（8/20μs）即可。

（2）信号保护

进出监控室的视频线：对于模拟与半数字视频监控系统，前端有多少台摄像机，后端就有多少条视频线进入监控室，视频避雷器的数量是同进入监控室的视频线相等的。摄像机通过带BNC接头的同轴电缆传输到中心控制主机，当传输距离较远时，室外摄像头前端选用视频信号浪涌保护器，在每台摄像机的视频输出端口安装视频信号防雷保护器。在视频线进入监控机房后，在每个视频分配器的输入端口处，安装24口视频信号组合防雷箱，浪涌保护器就近接地。如摄像头后端有字符叠加器，则应将浪涌保护器安装于字符叠加器的输出端，摄像头到字符叠加器间的电源线、信号线应尽可能短，并保证接地线是相连的，确保两台设备是处于等电位状态。主要用来抑制吸收各视频线上所产生并传导的感应雷电，保护录像机和摄像头。(www.xing528.com)

进出监控室的控制线：云台控制信号线、数据采集器通信信号线或其他监控信号线一般都是RS-485线，信号线在控制柜内都有相应的接线端子，在接线端子前先串入信号避雷器再接设备，可以有效地防止浪涌电压对设备的损毁，控制信号避雷器每路加装1支。

2.等电位连接

监控室内设置一等电位连接母排，该等电位连接母排应与PE线、设备保护地等连接到一起，防止危险的电位差。各种避雷器的接地线应以最直和最短的距离与等电位母排进行连接。

3.防雷电波侵入

所有进入监控室的电缆均应埋地引入。金属穿线管在进入机房前应与地网连接。如采用架空线引入室内，其金属吊线或金属物全要接地。

4.直击雷防护

监控室所在建筑物应有防直击雷的避雷针、避雷带或避雷网。其防直击雷措施应符合GB 50057—2010中有关直击雷保护的规定。

良好的接地是防雷中至关重要的一环。接地电阻值越小过电压值越低。监控中心采用专用接地装置时，其接地电阻不得大于4Ω。采用综合接地网时，其接地电阻不得大于1Ω。

（二）前端设备的防雷

前端设备有室外和室内安装两种情况，安装在室内的设备一般不会遭受直击雷击，但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害，而室外的设备则同时需考虑防止直击雷击。

（1）室外独立架设的摄像机应考虑安置直击雷防护，如安装接闪器（避雷针或其他接闪导体）。前端设备应置于接闪器有效保护范围之内。当摄像机独立架设时，避雷针最好距摄像机3～4m的距离。在室外各摄像头的立杆上（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，如图4-63所示。为防止电磁感应，沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽。

（2）防雷电波侵入：为防止雷电波沿线路侵入前端设备，应在设备前的每条线路（包括电源线、视频线、信号线和云台控制线）上加装合适的雷电浪涌保护器（Surge Protective De-vice，SPD）。

光端机的电源端应安装相应电源SPD，视频端口应安装相应信号SPD，信号控制线应安装相应信号SPD。

给前端设备供电的电源适配器，其输出端安装电源SPD。摄像机的电源一般使用AC220V或DC12V。摄像机由直流变压器供电，电源SPD应串联或并联在直流变压器前端，如直流电源传输距离大于15m，则摄像机端还应串接低压直流SPD。

图4-63 避雷针示意图

（3）接地：采用等电位连接与共用接地系统的接地原则，接地电阻不大于4Ω，在高土壤电阻率地区，接地电阻可适当放宽至<10Ω。

（三）传输线路防护措施

视频监控系统的传输线主要有信号线、控制线和电源线等。室外摄像机的电源可从终端设备处引入，也可从监视点附近的电源引入。控制信号传输线和报警信号传输线一般选用芯屏蔽软线，架设（或敷设）在前端与终端之间。

（1）传输线路应穿钢管埋地并接地。传输线埋地敷设并不能阻止雷击设备的发生，大量的事实显示，雷击造成埋地线缆故障，大约占总故障的30%，即使雷击比较远的地方，也仍然会有部分雷电流流入电缆。如果采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，并保持钢管的电气连通，对防护电磁干扰和电磁感应非常有效，这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的趋肤效应。

（2）架空电缆吊线的两端和架空电缆线路的金属管道接地。架空电缆最容易遭受雷击，并且破坏性大，波及范围广，为避免首尾端设备损坏，架空电缆传输时应在每一电杆上做接地处理，架空电缆的吊线和架空电缆线路中的金属管道均应接地。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。

（3）光缆传输系统中，各光端机外壳、加强芯及架空光缆接续护套应接地。