解析CCTV闭路监视系统的防雷防护技术

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一、闭路监视电视系统简介：
    CCTV系统结构：

    慧聪安防网讯(电视监控系统（ClosedCircuitTelevision,简称CCTV），一般由以下三部分组成：

    前端部分：

    主要由黑白（彩色）摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等组成。

    传输部分：

    使用同轴电缆、电线、多芯线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。

    终端部分：

    主要由画面分割器、监视器、控制设备等组成。

    二、雷击破坏途径：

    中达电通认为，CCTV这样一个电视监控系统如果遭受雷击，将可能由以下几种途径对系统产生破坏。

    ①、直击雷：

    雷电直接击在露天的摄像机上造成设备损坏；雷电直接击在架空线缆上造成线缆熔断。

    ②、雷电波侵入：

    CCTV的电源线、信号传输或进入监控室的金属管线遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线侵入设备，造成电位差使设备损坏。

    ③、雷电感应：

    当雷击中避雷针时，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势。这种现象叫电磁感应。

    当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达100kv，信号线路上可40－60kv。这种现象叫静电感应。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。

    电磁感应和静电感应称为感应雷，又叫二次雷击。它对设备的损害没有直击雷来的猛然，但它要比直击雷发生的机率大得多，按原邮电部的统计感应雷造成的雷击事故约占雷击事故总和的80%。

    三、CCTV系统防雷措施：

    根据对CCTV电视监控系统的结构分析，以及雷电可能的侵入途径，中达电通为CCTV的电视监控系统设计了以下防雷解决方案。

    1、前端设备的防雷

    典型监控架构

    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。

    前端设备如摄像头应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。当摄像机独立架设时，原则上为了防止避雷针及引下线上的暂态高电位，避雷针最好距摄像机3－4米的距离。如有困难避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身或选用Φ8的镀锌圆钢。

    为防止电磁感应，沿电线杆引上的摄像机电源线和信号线应穿在金属管内以达到屏蔽作用，屏蔽金属管的两端均应接地。

    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上加装合适的避雷器，如电源线（DC24V或220V）、视频线、信号线和云台控制线。中达电通为此专门开发了监控摄像机多功能浪涌保护器SV3-24DC，如直流电源传输距离大于15米，则摄像机端还应串接低压直流避雷器。

    电源输入前端还应加装B、C级防雷器。

    信号线传输距离长，耐压水平低，极易感应雷电流而损坏设备，为了将雷电流从信号传输线传导入地，信号过电压保护器须快速响应，在设计信号传输线的保护时必须考虑实际情况，根据信号的传输速率、信号电平，启动电压以及雷电通量等参数等选取正确的防雷设备。中达SV系列交/直流供电监控摄像机电涌保护器为一体化功能防雷器，可以分为对摄像机的电源、视频/音频、云台控制线路实施浪涌保护，最高通流容量可达10000A。而限制电压则可低至15V，反应速度为皮秒级，可充分保护采用最新技术的监控设备。

    2、传输线路的防雷

    CCTV系统中的线路主要是传输信号线和电源线。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有加强芯屏蔽软线，架设（或敷设）在前端与终端之间，其中的加强芯与屏蔽层两端均应做良好的接地。

    GB50198－1994规定，传输部分的线路在城市郊区、乡村敷设时，可采用直埋敷设方式。当条件不充许时，可采用通信管道或架空方式。

    从防雷角度看，直埋敷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。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。

    传输线埋地敷设并不能阻止雷击的发生，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％左右，即使距离雷击比较远的地方，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，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。

    电子信息系统线缆与其它管线的间距应符合下表的规定。

    布置电子信息系统信号线缆的路由走向时，应尽量减小由线缆自身形成的感应环路面积。

    电子信息系统线缆与电力电缆的间距应符合下表规定。

3、终端设备的防雷

    在CCTV系统中，监控室的防雷最为重要，应从直击雷防护、雷电波侵入、等电位连接和电涌保护多方面进行。

    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GB50057－94中有关直击雷保护的规定。

    进入监控室的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。架空电缆线直接引入时，在入户处应加装避雷器，并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。

    由于有80％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，末级加装中达MP3-10/2防雷模块，该防雷模块标称通流容量为10KA，限制电压<1200V（设备的耐压值为1.2KA）。

    在视频传输线进入中心控制台前端加装中达SCTV-1B避雷器。

    在信号控制线进入中心控制台前端加装中达24VAC/2SP避雷器。

    在电源线进入中心控制台前端加装中达MPDC－24防雷模块。

    4、闭路监视机房的等电位连接

    监控室内应设置一等电位连接母线（或金属板），该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。各种电涌保护器（避雷器）的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。

    GB50057-94（2000年版）条文说明第3.1.2条第3.1.1款："为减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险，等电位是一项很重要的措施。"和第3.3款："在需要防雷的空间内防止发生生命危险的最重要措施是采用等电位连接。"

    等电位连接是内部防雷装置的一部分，其目的在于减少雷电流所引起的电位差。等电位是用连接导线或过电压（浪涌）保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置，建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置等连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位，防止需要防雷空间内的火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。

    为实施等电位和浪涌保护器的安装，IEC标准将需要保护的空间划分为不同的雷电防护区（LPZ），以规定各部分空间不同的雷电电磁脉冲（LEMP）的严重程度和指明各区交界处等电位连接点的位置。

    监控机房设备间内敷设400×100×10mm的铜板作为设备接地的局部等电位连接排。将室内所有电子设备以及所有进入机房的金属管道、金属门窗、信号电缆外屏蔽层、电力电缆外铠装、计算机装置本身（含外露可导电部分）、PE线、防静电地板、电力线（通过SPD连接）等与等电位端子排连接并接地。

    5、闭路监视系统的接地

    GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》：

    第2．5．8条：“防雷接地装置宜与电气设备接地装置和埋地金属管道相连，当不相连时，两者间的距离不宜小于20m”

    第2．5．4条：“系统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。”

    GB50343－2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》：

    第5．2．5条（本条为强制性条款）：“防雷接地应与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。”

    第5．2．6条（本条为强制性条款）：“接地装置应利用建筑物的自然接地体，当自然接地体的接地电阻达不到要求时必须增加人工接地体。

    根据以上条款分析：监控系统的防雷接地应与系统的交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置，接地电阻不得大于1Ω。

    监控系统防雷防护特点：

    雷电对安全监控系统的损害途径是多方面的。本文主要对闭路监视电视系统遭受雷击损害的主要原因，以及可能的侵入途径作了初步的分析，同时对安全监控系统的防雷保护技术进行了相应的介绍。需要说明的是，防雷保护是一个比较复杂的问题，对安全监控系统的防雷保护设计不仅取决于防雷装置的性能，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环境，设计合适的线缆布放方式、屏蔽及接地方式。总之，防雷保护设计应综合考虑，才能获得良好的效果。

    注意事项：

    1、在制定方案之前应对保护的对象进行雷击风险评估，确定防雷等级。

    2、防雷方案设计，应认真调查地理、地质、地貌、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置，因地制宜地采取防雷措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

    3、本方案仅对系统的防雷保护作了简单介绍，其它规定及施工要求参见相关规范。