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奥运安全防范系统雷电浪涌防护浅述TheOlympicslightning-surgeprotectionforsecurityandprotectionsystemshallowsay曹春玮ChunweiCao王长龙ChanglongWang北京同为基业科技发展有限公司BeijingTowetechDevelopmentCo.,Ltd北京市避雷装置安全检测中心Beijingsafetyexaminationcenterofavoidsurgedevices邮编P.C：100096[摘要]根据公安部标准、国家标准，结合实际应用经验，简要阐述在奥运安全防范系统中雷电浪涌保护的解决方案。一、引言第29届奥运会北京赛区有31个竞赛场馆、18个非竞赛场馆和45个训练场馆共计94个奥运场馆、58个周界、108套指挥系统；奥运安保系统包括仰山桥前沿指挥部指挥系统、场馆安保指挥系统、奥运场馆周界及区域赛事临时技防和监控系统、电子票证（RFID）查验系统、反恐防暴重大突发事件现场监控和指挥系统、信息安全系统和有线通讯系统等。奥运的安全防范系统在奥运会的举办期间担负着重要的任务，而8月份又是雷雨的高发季节，监控系统因雷击破坏的可能性就大大增加了。现代的安防监控产品采用大量的微电子器件，其对各种诸如雷电过电压、电磁辐射、静电电压等电磁干扰非常敏感，这就使得监控系统设备很容易遭受雷击过电压的损坏，其后果可能是整个监控系统运行失灵，造成难以估计的损失和安全方面的风险。为了给奥运安防系统提供有效的防雷保护措施，首先应准确了解安防系统的构成，明确安防系统遭受雷击损坏的主要原因和雷电侵入的可能途径。在分析其损坏原因的基础上，正确选择和使用监控系统设备的防雷保护装置，合理布放信号、电源线路，确定屏蔽及接地方式等，方可给出准确实用的、系统的防雷解决方案。提高安防监控系统的抗雷电过电压能力，优化安防系统的整体防雷击电磁脉冲能力。二、奥运安防系统的构成及雷击损害成因1.安防监控系统的构成安防监控系统主要有以下三部分组成：前端部分、传输部分和终端部分，具体如图1前端部分黑白（彩色）摄像机云台防护罩支架传输部分线缆传输光纤传输终端部分控制设备视频分配器监视器硬盘录像机图12.雷击损害成因2.1直击雷2.1.1雷电直接击在暴露在室外的摄像机上，从而造成设备损坏。2.1.2雷电直接击在线缆上，造成线缆熔断。2.2雷电波侵入安防监控系统的电源线、视频线、控制线以及进入监控室的其它金属管线受到雷击或被雷击电磁脉冲感应时，雷电波沿着这些金属导体侵入设备，导致设备损坏。2.3雷电感应电磁感应：当设备或传输线缆附近发生雷击时，由于雷击时能产生幅度和陡度都很大的雷电流，在它的周围空间里，就会形成强大的变化的电磁场。处在这一电磁场中的监控设备和传输线缆就会感应出非常高的电动势，造成设备损坏甚至损毁。静电感应：当设备或传输线缆处于雷云和大地间所形成的电场中时，就会感应出与雷云异性的大量电荷。雷云放电后，云与大地间的电场消失，设备或线缆上的电荷来不及立即流散，因而会产生对地很高的静电感应过电压。电磁感应和静电感应所引发的雷击都属于感应雷击。有数据显示，造成电子设备损坏的原因有80%以上都是由感应雷击引起的。2.4地电位反击当室外摄像机的直击雷防护措施（如避雷针）引导雷电流入地时，会在引下线、接地体上产生瞬间的高电压，如其周围的设备或金属导体没有和直击雷防护措施做好等电位连接，就会造成地电位反击。地电位反击能使设备损坏，甚至造成人员伤害。三、安防系统浪涌保护解决方案3.1直击雷防护3.1.1前端设备的直击雷防护安防监控系统的前端设备分为室外和室内两种。室内的设备遭受直接雷击的可能性不大，因此不需考虑直击雷防护措施。而安装在室外的设备遭受直击雷的概率很大，因此需要考虑直击雷的防护。接闪器：安防系统的前端设备（如摄像机）一般采用避雷针作为接闪器，各设备应处在避雷针的有效保护范围内（采用滚球法计算）。如摄像机处在空旷的室外且不在其它接闪器的保护范围内，则必须安装避雷针保护摄像机。如摄像机处在高楼的中间，且楼房均有完善的防直击雷措施，可不安装避雷针防护（根据具体的现场环境确定）。保护前端设备的避雷针一般不独立架设，而是直接安装在杆顶端，避雷针高度一般为0.5m或1m，具体要根据摄像机的实际安装位置确定其高度。引下线：根据GB50057-94（2000版）的要求，接闪器（避雷针）需通过引下线与接地装置相连接。对于金属杆体，如其管壁厚度大于3.5mm，可利用杆体作为引下线。对于水泥杆体，需要重新敷设引下线，可选用Ф10的镀锌圆钢顺着杆体与接地装置采用断接卡连接。敷设在杆体内的线缆应穿金属管，并将金属管的两端可靠接地，以防止电磁感应。接地装置：接地就是让已经纳入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用。因此前端设备接地装置的接地电阻值要符合GB50057-94（2000版）中的相关规定。C避雷针接地体金属杆体控制箱金属穿线管C避雷针接地体引下线控制箱金属穿线管水泥杆体断接卡图23.1.2传输部分的直击雷防护为使传输线路避免遭受直击雷的损坏，所有的线缆应穿金属管埋地敷设，并将金属管两端可靠接地。传输线埋地敷设也并不能完全阻止雷击设备的发生，统计数据显示雷击造成埋地电缆故障大约占总故障的30%左右，即使雷击比较远的地方，也仍然会有部分雷电流流入电缆。所以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集肤效应。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、钢管同防雷接地装置相连。奥运安防系统大部分采用的是光纤传输，光纤的金属加强筋或金属铠层应做好接地处理。3.1.3终端设备的直击雷防护终端设备所处的位置一般在监控机房内，监控机房所处的建筑物一般都有比较完善的直击雷防护措施。如建筑物没有直击雷防护措施，可采用在楼顶敷设避雷带作为直击雷防护措施。具体如下：接闪器：避雷带采用Φ10镀锌圆钢，间距为1m，高为0.2m的支持卡子固定于屋檐、屋脊，女儿墙及屋顶四周等易受雷击部位。支持卡子采用圆钢Φ10mm*200mm，其底座用混凝土支座固定屋檐、檐角及屋顶四周处。避雷带在檐角拐弯处做100mm的弧形转弯。所有镀锌圆钢相接处，搭接长度不少于10cm，且需采用双面焊接。引下线：采用Φ10镀锌圆钢（或40*4mm镀锌扁钢）作为防雷引下线，在每个建筑的四周沿外墙对称设置，根据建筑物所属的防雷等级以及每栋建筑物的周长以及各个建筑物地面附近的具体环境的不同，设置数量不等的引下线，并在距地面0.8m～1.8m处设置断接卡，断接卡使用支持卡子固定于建筑物外墙上，靠近地面处加装护管。接地装置：采用长度为2.5米的50*50*5mm镀锌角钢接地体，在建筑物四周距离建筑外墙3米以外（躲开建筑物的散水坡），每隔5米设置一个，要求接地体埋入地下后，顶部距地面0.8米，并用40*4mm镀锌扁钢连接组成接地网络，每栋建筑物附近地面的每个地网使用接地体的数量根据现场情况而定。接地装置的接地电阻应小于10欧姆。3.2感应雷的防护3.2.1前端系统的电源防护奥运安防系统的监控范围比较大，因此前端设备的供电均采用交流220V，在每个杆体通过变压器变成交流24V，供给各设备电源。给前端设备供电的线缆一般采用埋地敷设方式，因此电源系统采用二级防护。在每个杆体的220V电源进线处安装TPSC402P电源浪涌保护器，在变压器的输出端再安装24V电源浪涌保护器（和视频、控制线一起采用三合一浪涌保护器）。3.2.2前端系统的信号防护由于采用的是光纤传输，在每个杆体均通过光纤转换器将前端的视频、控制信号传输到监控机房。因此在每个杆体采用TTS-CCTV-3/24AC浪涌保护器保护前端设备的电源、视频和控制信号。光纤传输方式的保护见图3，普通线缆传输方式的保护见图4。光纤转换器光纤转换器TTS-CCTV-3/24AC视频信号控制信号220V电源C电源变压器摄像机视频信号控制信号摄像机浪涌保护器24V～TPSC402P电源浪涌保护器LN电源控制箱输入端输出端监控机房图3光纤分频器TTS-CCTV-3/24AC视频信号控制信号C摄像机视频信号控制信号摄像机浪涌保护器220V～电源电源LN监控机房解码器控制箱TTS-CoaxB-TV/STTS-VF-24/4S视频浪涌保护器控制线浪涌保护器输入端输出端输入端输入端输出端输出端电源变压器TPSC402P电源浪涌保护器图43.2.3监控机房的防护监控机房的电源应做三级防护，即在建筑物总配电进线处安装第一级电源浪涌保护器，在监控机房的UPS输入电源端（或机房分配电箱）安装第二级电源浪涌保护器，在设备端安装第三级电源浪涌保护器。考虑监控机房都是在各建筑物建好后设置的，为了设备维护的方便及管理，在监控机房的电源输入端直接安装复合型电源浪涌保护器TPSB+C/10，实现电源的一级、二级防护，同时在设备端安装TPSD10JF7电源浪涌保护转换器。见图5。对于通过线缆和前端设备连接的视频端口安装TTS-CoaxB-TV/S浪涌保护器，控制线安装TTS-VF-24/4S浪涌保护器。见图4。设备处L1L2L3PEN配电支线监控机房电源MCBTPSB+C/10TPSD10JF7UPS图5监控机房应做好等电位连接，计算机机房应在静电地板下敷设M型等电位均压网，并应和大楼的接地系统相连接。在放置设备的房间静电地板下四周敷设一圈30mm*3mm铜排，用绝缘子支撑，离地面的距离约为100mm；在中间用200mm*0.3mm铜带敷设M型等电位网格，铜带按间隔600mm*600mm铺设,压在静电地板的支架下。铜带与铜排采用铜螺丝压接连接，铜带之间采用焊接。各机柜均用2根不等长的16mm2的铜线成对角线就近与等电位网格相连接，其它金属导体均用6mm2的铜线就近与等电位网格相连接。3*30mm铜排0.3*200mm铜箔配电柜PE线主梁600mm600mm16mm2多股铜芯线35mm2多股铜芯线图6四、结束语雷电是通过多方面的途径对安全监控系统产生破坏的，本文以奥运安全监控系统为例阐述了安全监控系统遭受雷击损害的主要成因，并对雷电可能的侵入途径作了简要的分析。从以上分析可以看出，安全监控系统防雷保护问题具有较强的综合性、复杂性和代表性，对安全监控系统的防雷保护设计不仅取决于所安装的防雷装置的性能，更重要的是在监控系统的设计施工之前，就要考虑到监控系统所处的地理位置以及周边环境，设计合适的线缆布放方式、屏蔽以及接地方式。总之，安全监控系统的防雷保护设计应综合考虑，统一规划，才能取得良好的防雷保护效果。按照上述方法在对奥运安保指挥系统进行雷电防护后，经历了奥运会、残奥会期间多次雷电，无一设备受损，雷电防护效果显著。鉴于作者的水平，文中难免有失之偏颇之处，欢迎各位同仁批评指正。参考文献：GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GA/T670-2006《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》