郴州市安仁县城市治安监控系统防雷方案

1.系统概述
1.1雷电综述
雷电是发生在大气层中的声、光、电等综合的物理现象，它具有极大的破坏性，其电压可高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培，给人类生活及生产带来了巨大影响，它危及人类生命、引起火灾、爆炸、建筑物倒塌、森林大火，特别对电力、广播电视、航空航天、邮电通信、国防建设、交通运输、石油化工、电子工业、银行金融等领域产生严重危害。
伴随着科学技术的脚步，知识经济和信息时代的到来。信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域，各种信息设备应用的范围之广、品种之多、数量之大是前所未有的。然而，以微电子技术为基础原电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快，其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲[LEMP]的能力差，极易遭受雷电的危害，特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此，国际电工委员会（IEC）将雷电灾害称为“信息时代的公害”。为了消除这一公害，人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索，研发了品种繁多的电子信息系统的雷电防护产品，并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成人员伤亡，财产损失不计其数，导致火灾、爆炸，建筑物毁坏等事故频繁发生；从卫星、通信、导航、计算机网络直到每个家庭的家用电器都遭到雷电灾害的严重威胁。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市高层建筑物的日益增多，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。
国家政府部门已充分感到防雷工作的重要，相应出台了相关的防雷技术标准和防御雷电灾害管理规定。我国颁布了新的《建筑物防雷设计规范》GB 50057-1994,《电子计算机机房设计规范》GB 50174-93，《低压配电设计规范》GB 50054-95，《建筑物电子信息系统防雷技术规范》并于2000年1月颁布了《中华人民共和国气象法》，同年又由国家气象总局颁布了各地市《防雷减灾管理办法》，这些都标志着我们国家对雷害的重视。
1.2雷击的分配模型及分类
雷击一般分为直击雷和感应雷击：
1）直击雷是指：雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应等混合力作用，直接摧毁建筑物、构架以及引起人员伤亡等。
2）感应雷是指：雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空及埋地线路、金属管线或类似传导体上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷击引起。
1.3雷电传播途径
雷电对电气设备的影响，主要由以下四个方面造成：①直击雷；②传导雷； ③感应雷；④地电位反击。
直击雷：雷电直接击中建筑物，雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地，其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流，其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道、缆线分流。这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。
传导雷（雷电波侵入）：在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。
感应雷（雷电波感应）：在周围1000公尺左右范围内（有资料为 500公尺或 1500公尺，距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化）。发生雷击时，LEMP 在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。
地电位反击：指高电位向低电位击穿放电的一种放电现象，简称反击。
随着现代高科技的发展，精密仪器，通讯设备，数据网络的应用越来越广泛，因而感应雷造成的雷击事故也越来越多，除直接造成了巨大的经济损失外，因重要设备损坏使系统网络陷入瘫痪后造成间接的损失更是惊人。
2.规划设计宗旨
为了切实保证本方案设计的实施，在本方案书中所使用的技术均经过严格的论证和我公司经过长期广泛的工程实践，确定了这些技术的安全可靠性和合理先进性。本建议方案，希望达到如下目的：
针对安仁县城市道路监控系统提供一套电源供电系统和信号系统防雷相结合的综合防雷方案，并充分考虑其系统的可靠性、安全性、先进性、实用性和经济性，并以模块化防雷器装置，使整个防雷系统应用得以实现。
2.1规划设计依据
(1)《建筑物防雷设计规范》GB50057-94；
(2)《电子计算机机房设计规范》GB50174-93；
(3)《民用建筑电气设计规范》JGJ/C16-92；
(4)《计算站场地安全要求》GB9361-88；
(5)《计算站场地技术文件》GB2887-89；
(6)《计算机信息系统防雷保安器》GA173-1998；
(7)《雷电电磁脉冲的防护》IECI312；
(8)《微波站防雷与接地设计规范》YD 2011－93；
(9)《通信局（站）接地设计暂行技术规定》YDJ26E9；
(10)设计人员现场勘察收集的有关数据和资料。
2.2防雷器选用依据
在本防雷方案中，我们采用深圳创玺网络科技有限公司生产的“CMOS”全系列防雷产品。该产品具有以下特点：
1、自设高压防雷测试中心，并通过国家信息产业部、公安部检测认证；
2、高通流量，低残压，响应时间快：电源产品小于25ns，信号产品小于10ns，一般雷电脉冲宽度为8/20μs，防雷器有充足的时间来泄放脉冲电流；
3、可靠性高：能及时监测到雷电脉冲的到来，并将其泄放；
4、品种全，使用寿命长，安装维护方便灵活且价格合理。
3.方案设计思想
3.1直击雷的外部防护措施
虽然有不少专家学者在努力的研究有效的防止直击雷的方法，但直到今天我们还是无法阻止雷击的发生。实际上现在公认的防直击雷的方法仍然是200年前富兰克林先生发明的避雷针。
3.1.1 接闪器
避雷针及其变形产品避雷线、避雷带、避雷网等统称为接闪器。历史上对接闪器防雷原理的认识产生过误解。当时认为：避雷针防雷是因为其尖端放电综合了雷云电荷从而避免了雷击发生，所以当时要求避雷针顶部一定要是尖端，以加强放电能力。后来的研究表明：一定高度的金属导体会使大气电场畸变，这样雷云就容易向该导体放电，并且能量越大的雷就越易被金属导体吸引。这样接闪器的防雷是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中。现在认为任何良好接地的导体都可能成为有效的接闪器，而与它的形状没有什么关系。
为了降低建筑被雷击的概率，宜优先采用避雷网、作为建筑物的接闪器，如果屋面有天线等通信设施可在局部加装避雷针保护，这样接闪器的高度不会太高，不会增大建筑的雷击概率。避雷网的网格尺寸应不大于10mｘ10m，避雷针应与避雷网可靠连接。
3.1.2引下线
引下线的作用是将接闪器接闪的雷电流安全的导引入地，引下线不得少于两根，并应沿建筑物四周对称均匀的布置，引下线的间距不大于18米，引下线接长必须采用焊接，引下线应与各层均压环焊接，引下线采用10毫米的圆钢或40*4的扁钢。对于框架结构的建筑物，引下线应利用建筑物内的钢筋作为防雷引下线。
采用多根引下线不但提高了防雷装置的可靠性，更重要的是多根引下线的分流作用可大大降低每根引下线的沿线压降，减少侧击的危险。的目的是为了让雷电流均匀入地，便于地网散流，以均衡地电位。同时，均匀对称布置可使引下线泻流时产生的强电磁场在引下线所包围的电信建筑物内相互抵消，减小雷击感应的危险。
3.1.3 接地体
接地体是指埋在土壤中起散流作用的导体，接地体应采用：
n 钢管 直径大于50毫米，壁厚大于3.5毫米；
n 角钢 不小于50×50×5毫米
n 扁钢 不小于40×4毫米。
应将多根接地体连接成地网，地网的布置应优先采用环型地网，引下线应连接在环型地网的四周，这样有利于雷电流的散流和内部电位的均衡。垂直接地体一般长为1.5-2.5米，埋深0.5--0.8米，地极间隔5米，水平接地体至少应埋深0.5米，其向建筑物外引出的长度一般不大于50米。框架结构的建筑应采用建筑物基础钢筋做接地体。
3.2直击雷电流在电源系统的分配
根据GB50057-94的标准对直击雷电流分类：
第一类 200KA 10/350us
第二类 150KA 10/350us
第三类 100KA 10/350us
一个能量为200KA的直击雷，由整个系统的电源、管线、地网、通信网络线来分担。以一栋建筑的防雷来讲，电源部分承担其中近45%（100KA），以三相四线为例，每线承担大约有25KA(10/350us)的雷电流。地网和通信线路承担剩余55%的雷电流。由此可见，电源系统对直击雷后产生的浪涌防护非常关键。
由此可见，直击雷后的内部浪涌防护措施应选用10/350us冲击雷电流的开关型SPD产品。另外，对于个别架空线引入的传导雷，也应采用上述一级防护措施。
3.3感应雷的防护
前面已提到感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，其实感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：在雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。
感应雷可以通过电力电缆、视频线、网络线和天馈线等侵入，由于电力电缆的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源侵入的感应雷造成的危害十分突出，按原邮电部的统计约占了雷击事故的80%。因此，对建筑物内的系统设备进行感应雷防护时，电源是重点。
感应雷还可以通过空间感应侵入厂房的内部线路，虽然经过建筑物和机壳的屏蔽衰减后其能量大为减小，但机房内许多微电子设备的抗过压能力也很弱，如果处理不当也可能造成设备故障。
3.4接地汇集线的布置
接地汇集线（汇流排）应布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地连接线最短，各楼层的分汇集线应直接与楼底的总汇集线相连，这样能保证实现单点接地方式。
3.5等电位连接
各种系统的防雷要求种类很多，但其防雷思想是一致的，就是努力实现等电位。绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法来近似实现等电位。
4.1工程概况
安仁县城市道路监控系统现阶段的摄像机主要安装在县城的几条主要干道，共有8个带云台摄像机、30个普通摄像枪，有同轴和光缆两种信号传输方式，共安装了3个八路光端机，2个四路光端机，总机房设在交巡警总队办公楼里。安装位置基本上都是在路边的灯杆或是墙上，前端摄像机的供电是就近取电，都是220V电源，由于没有任何电源防护措施，所以很容易引起传导雷和感应雷或是过电压的侵入导致摄像机损坏。
监控系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面:
1、外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体和被保护的物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。
2、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（建筑物钢筋）和接地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。
4.2前端摄像机防护
根据现场情况，整个监控系统采用光纤和视频线传输视频信号与控制信号，前端设备采用带云台一体化摄像机、红外枪型摄像机等，供电电压为AC220V。根据监控设计方案以及信号传输防雷方案设计如下：
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