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安防监控系统防雷

本文主要从“安防监控系统为什么要实施雷电防护”和“雷电损坏监控系统的机理分析”对雷电的危害防护,雷电是怎样形成的、雷电入侵监控系统的途径、反击雷的破坏等几个方面进行介绍。本篇将从“通用监控系统雷电侵入渠道”、“前端摄像机受雷电侵入及防范”、“监控系统雷电防护的基本方法”。
  
  通用监控系统雷电侵入渠道
  
  监控防雷系统拓扑如图


        
  
  雷电侵袭监控系统前端的途径
  
  1、监控外场(前端设备)破坏行为:
  
  (1)雷电袭击外场建筑物设置的避雷针、地面金属突出物、高压电塔等一切与大地有直接联系或接地的导电体后引起的LEMP雷电电磁脉冲感应过电压,这个感应电压感应到摄像机的(来自机房输出的低压信号)电源线路、RSRS485控制线路、BNC视频信号线路等,造成过电压破坏摄像机内部电路,其中远端传输系统也包括光端机电源破坏、光端机视频信号输入口和控制信号输入口的破坏。
  
  (2)雷电袭击外场建筑物设置的避雷针、地面金属突出物、高压电塔等一切与大地有直接联系或接地的导电体后引起后,瞬间引起局部大地电位升高,这个高电位沿监控设备的保护接地或金属杆子侵入摄像机进而烧毁设备。
  
  (3)雷电直接侵袭户外架空电源线引起就近取电(交流电)的摄像机设备损坏。
  
  2、监控内场(机房端)破坏行为:
  
  (1)雷电直接侵袭机房配电电源线路,包括雷电引起的LEMP电磁脉冲感应过电压侵入配电系统造成机房内部整体设备损坏。
  
  (2)雷电袭击外场建筑物设置的避雷针、地面金属突出物、高压电塔等一切与大地有直接联系或接地的导电体后引起的LEMP雷电电磁脉冲感应过电压,这个感应电压感应到外场(前端)摄像机,不但对前端设备造成损坏,还通过RS485控制线路、BNC视频信号线路、电源输出的传输线,将感应电压传输到内场(终端)输入端口,造成过电压破坏监控主机的视频信号输入端口、RS485信号输入控制总线接口等,造成终端设备损坏。
  
  (3)雷电袭击机房建筑物设置的避雷针、地面金属突出物、高压电塔等一切与大地有直接联系或接地的导电体后引起后,瞬间引起局部大地电位升高,这个高电位沿监控设备的保护接地或金属杆子侵入机房进而烧毁全部设备。
  
  (4)雷电电磁脉冲感应过电压对网口的破坏。
  
  从监控防雷的系统拓扑可以看到,要彻底消除雷电对设备的危害,主要采用防雷击措施如下:
  
  •系统防雷要从外场的电源、BNC视频信号端口、RS485信号端口作防雷击处理,保护前端设备。
  
  •内场终端设的BNC视频信号输入端口、RS485信号输出端口、计算机网线端口、集中供电向外场提供电源输出端口等进行防雷击处理。
  
  •机房供电系统防雷处理。通过市电输入的电源、重要终端设备要进行防雷击处理。

通用监控系统雷电防护的基本方法
  
  电源系统雷电防护
  
  室内电源防护
  
  雷电高压袭击户外电源线,并沿电源线侵入监控机房造成首先破坏机房的UPS电源,如果采用后备式UPS电源,则直接沿电源线进入主机击毁开关电源和主机主板。如果采用在线式UPS电源,则首先击毁UPS电源,其次击毁UPS逆变器,并沿UPS零线与地线之间侵入高电压,烧毁主机主板。所以,依据GB50343-2004《建筑物电子信息系统雷电防护技术规范》(国家强制性标准),首先必须在机房电源输入端实施雷电防护,最大限度的抵御雷电高压沿室外电力进入机房。首先要在机房配电箱处安装防雷设备。由于各种机房的配电箱位置与主机设备较远,雷电引起的电磁脉冲感应过电压,可以直接感应到配电箱与主机的电源线路上,依据国家强制性标准GB50343-2004《建筑物电子信息系统雷电防护技术规范》标准的要求,高速公路监控系统属于乙级安防工程,必须采用B级雷电防护技术规范。B级雷电防护技术规范具体要求:
  
  电源系统设置3级保护:
  
  •第一级抵御10/350µS雷电波形15KA和8/20µS雷电波形60KA(即:火线对零线、火线对地线、零线对地线均可以抵御10/350µS---15KA和8/20µS---60KA雷电)。
  
  •第二级抵御8/20µS雷电波形40KA(即:火线对零线、火线对地线、零线对地线均可以抵御8/20µS---40KA雷电)。
  
  •第三级抵御8/20µS雷电波形20KA(即:火线对零线、火线对地线、零线对地线均可以抵御8/20µS---20KA雷电)。
  
  保护配置第一、二级可以在机房配电箱处完成,第三级在重要终端设备处完成。只有这样,才可以真正全面抵御雷电沿电源线进入机房,保护设备免受雷害的侵袭。
  
  室外电源防护
  
  固定(枪机)监控摄像机设备的户外(外场)设备电源系统,一般指摄像头电源,只要在电源输入端抵御8/20µS雷电波形10KA即可,但是为了降低雷电残余电压,建议采用两级保护,这样可以最大限度的保护摄像头电源。
  
  非固定(球型机)监控摄像机设备的户外(外场)设备电源系统,一般指摄像头电源,只要在电源输入端抵御8/20µS雷电波形10KA即可,但是为了降低雷电残余电压,建议采用两级保护,这样可以最大限度的保护摄像头电源。
信号系统雷电防护
  
  室内信号防护
  
  采集卡输入端的BNC接口处,必须安装防雷系统。依据GB500343-2004标准,实施串联两级雷电防护防雷产品,抵御8/20µS雷电波形10KA的防雷产品;保护模式为:信号线与大地之间的防护和信号线之间的防护,其残余电压小于20V。
  
  RS485信号线路输入端的RS232接口处,必须安装防雷系统。依据GA173-2002和GB500343-2004标准,实施串联两级雷电防护防雷产品,抵御8/20µS雷电波形20KA的防雷产品;保护模式为:信号线与大地之间的防护和信号线之间的防护,其残余电压小于40V。
  
  室外信号防护
  
  室外摄像头的BNC信号输出接口处,必须安装防雷系统。依据GB500343-2004标准,实施串联两级雷电防护防雷产品,抵御8/20µS雷电波形10KA的防雷产品,保护模式为:信号线与大地之间的防护和信号线之间的防护,其残余电压小于20V。
  
  室外RS485信号线路输出端的接口处,必须安装防雷系统。依据GB500343-2004标准,实施串联两级雷电防护防雷产品,抵御8/20µS雷电波形10KA的防雷产品;保护模式为:信号线与大地之间的防护和信号线之间的防护,其残余电压小于40V。
  
  防雷器安装位置
  
  外场摄像机防护
  
  固定式摄像机(枪机)有条件的最好在机盒内安装电源视频信号二合一专用防雷器,尽量不要在控制箱内安装,因为高速公路属于空旷位置,摄像机固定在金属杆上,金属杆底部是深埋在土壤内,属于接地系统也是直接雷电的侵袭的重中之重,一旦金属杆子接闪雷电则发生的电磁脉冲感应过电压直接破坏摄像机(包括电源系统和BNC视频信号系统)。
  
  上述同理,非固定式摄像机(球机)有条件的最好在摄像机附近(越近越好)安装电源、控制、视频信号三合一专用防雷器,尽量不要在控制箱内安装,因为高速公路属于空旷位置,摄像机固定在金属杆上,金属杆底部是深埋在土壤内,属于接地系统也是直接雷电的侵袭的重中之重,一旦金属杆子接闪雷电则发生的电磁脉冲感应过电压直接破坏摄像机(包括电源系统、RS485控制信号系统、BNC视频信号系统)。
  
  如果采用光端机远程传送,则应该确保光端机的安全,应该在光端机的电源输入端、控制信号输入端、视频信号输入端安装与摄像机(上安装的三合一或二合一)相互对应的防雷器。道理很简单,保护与被保护的最佳范围是小于2米距离,那么,控制箱与摄像机的距离远远大于2米,则需要上下两头防护。
  
  防雷产品必须要求接地,接地电阻要小于4欧姆,防雷器的安装必须与被保护设备全面等电位。
  
  内场(机房端)雷电防护
  
  配电箱电源防护是依据标准在三相(或单相)配电箱内按照B级保护原则安装专用电源防雷模块,主要抵御来自电力线引入的雷电高压,有效的对雷电高压实施B级防护,保护机房内全部电源设备(包括电视墙、市电设备、UPS电源、监控设备等)。
  
  监控主机电源防护是依据标准在重要负载(主机、硬盘机、网络设备)电源处按照C级保护原则安装专用电源防雷箱,抵御外部接闪后引起的雷电电磁脉冲感应过电压对重要负载电源输入端的破坏。
  
  RS485控制总线防护是依据标准在RS485控制总线输出端口安装专用防雷模块,抵御沿外场引入的雷电高压侵袭主机设备。
  
  视频线防护是依据标准在外场视频信号线进入主机之前安装专用防雷模块,抵御沿外场引入的雷电高压侵袭主机设备。
  
  网线防护是依据标准在主机输出(将模拟信号转变成数字信号)到局域网系统的RJ45端口,抵御沿局域网引入的雷电高压侵袭主机设备。
  
  低压电源输出防护是指机房内输出到外场摄像机电源系统(一般指AC24、AC12、DC24、DC12、DC48的电源系统)线路在出机房前安装专用防雷模块。抵御沿低压电源输出线路的雷电高压引入侵袭电源设备(包括开关电源、稳压电源、不间断电源)。但摄像机就近取电(AC220)系统除外。
  
  等电位与接地问题:不论内场和外场,防雷接地电阻一定要小于4欧姆。在内场(大机房)应该安装均压等电位系统,(小机房)应该按照标准安装等电位汇流排,将被保护空间内的全部接地系统都安装在均压等电位带和汇流排上,实现全部的等电位与等电位连接和等电位联结

 
 
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