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1、奥运安全防范系统雷电浪涌防护浅述The Olympics lightning-surge protection for security and protection system shallow say曹春玮Chhunwwei CCao 王长长龙Chhangglonng WWangg北京同为基基业科技技发展有有限公司司Beiijinng TToweetecch DDeveeloppmennt CCo.,Ltdd北京市避雷雷装置安安全检测测中心BBeijjingg safeety examminaatioon cennterr off avoiid ssurgge devvicees邮编P.C
2、C：10000996摘要 根据公公安部标标准、国国家标准准，结合合实际应应用经验验，简要要阐述在在奥运安安全防范范系统中中雷电浪浪涌保护护的解决决方案。一、引 言第29届奥奥运会北北京赛区区有311个竞赛赛场馆、118个非非竞赛场场馆和445个训训练场馆馆共计994个奥奥运场馆馆、588个周界界、1008套指指挥系统统；奥运运安保系系统包括括仰山桥桥前沿指指挥部指指挥系统统、场馆馆安保指指挥系统统、奥运运场馆周周界及区区域赛事事临时技技防和监监控系统统、电子子票证（RRFIDD）查验验系统、反反恐防暴暴重大突突发事件件现场监监控和指指挥系统统、信息息安全系系统和有有线通讯讯系统等等。奥运运的安
3、全全防范系系统在奥奥运会的的举办期期间担负负着重要要的任务务，而88月份又又是雷雨雨的高发发季节，监监控系统统因雷击击破坏的的可能性性就大大大增加了了。现代代的安防防监控产产品采用用大量的的微电子子器件，其其对各种种诸如雷雷电过电电压、电电磁辐射射、静电电电压等等电磁干干扰非常常敏感，这这就使得得监控系系统设备备很容易易遭受雷雷击过电电压的损损坏，其其后果可可能是整整个监控控系统运运行失灵灵，造成成难以估估计的损损失和安安全方面面的风险险。为了给奥运运安防系系统提供供有效的的防雷保保护措施施，首先先应准确确了解安安防系统统的构成成，明确确安防系系统遭受受雷击损损坏的主主要原因因和雷电电侵入的的
4、可能途途径。在在分析其其损坏原原因的基基础上，正正确选择择和使用用监控系系统设备备的防雷雷保护装装置，合合理布放放信号、电电源线路路，确定屏蔽蔽及接地地方式等等，方可可给出准准确实用用的、系系统的防防雷解决决方案。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、奥运安安防系统统的构成成及雷击损害害成因1.安防监监控系统统的构成成 安防监监控系统统主要有有以下三三部分组组成：前前端部分分、传输输部分和和终端部部分，具具体如图图1 2.雷击损损害成因因2.1直击击雷2.1.11雷电直直接击在在暴露在在室外的的摄像机机上，从从而造成成设备损损坏。2.1.22雷电直直接击
5、在在线缆上上，造成成线缆熔熔断。2.2雷电电波侵入入安防监控系系统的电电源线、视视频线、控控制线以以及进入入监控室室的其它它金属管管线受到到雷击或或被雷击击电磁脉脉冲感应应时，雷雷电波沿沿着这些些金属导导体侵入入设备，导导致设备备损坏。2.3雷电电感应电磁感应：当设备备或传输输线缆附附近发生生雷击时时，由于于雷击时时能产生生幅度和和陡度都都很大的的雷电流流，在它它的周围围空间里里，就会会形成强强大的变变化的电电磁场。处处在这一一电磁场场中的监监控设备备和传输输线缆就就会感应应出非常常高的电电动势，造成成设备损损坏甚至至损毁。静电感应：当设备备或传输输线缆处处于雷云云和大地地间所形形成的电电场中
6、时时，就会会感应出出与雷云云异性的的大量电电荷。雷云放放电后，云云与大地地间的电电场消失失，设备备或线缆缆上的电电荷来不不及立即即流散，因因而会产产生对地地很高的的静电感感应过电电压。电磁感应和和静电感感应所引引发的雷雷击都属属于感应应雷击。有有数据显显示，造造成电子子设备损损坏的原原因有880%以以上都是是由感应应雷击引引起的。2.4地电电位反击击当室外摄像像机的直直击雷防防护措施施（如避避雷针）引引导雷电电流入地地时，会会在引下下线、接接地体上上产生瞬瞬间的高高电压，如如其周围围的设备备或金属属导体没没有和直直击雷防防护措施施做好等等电位连连接，就就会造成成地电位位反击。地电位反击能使设备
7、损坏，甚至造成人员伤害。三、安防系系统浪涌涌保护解解决方案案3.1直击击雷防护护3.1.11前端设设备的直直击雷防防护安防监控系系统的前前端设备备分为室室外和室室内两种种。室内内的设备备遭受直直接雷击击的可能能性不大大，因此此不需考考虑直击击雷防护护措施。而而安装在在室外的的设备遭遭受直击击雷的概概率很大大，因此此需要考考虑直击击雷的防防护。接闪器：安安防系统统的前端端设备（如如摄像机机）一般般采用避避雷针作作为接闪闪器，各各设备应应处在避避雷针的的有效保保护范围围内（采采用滚球球法计算算）。如如摄像机机处在空空旷的室室外且不不在其它它接闪器器的保护护范围内内，则必必须安装装避雷针针保护摄摄像
8、机。如如摄像机机处在高高楼的中中间，且且楼房均均有完善善的防直直击雷措措施，可可不安装装避雷针针防护（根根据具体体的现场场环境确确定）。保保护前端端设备的的避雷针针一般不不独立架架设，而而是直接接安装在在杆顶端端，避雷雷针高度度一般为为0.55m或11m，具具体要根根据摄像像机的实实际安装装位置确确定其高高度。引下线：根根据GBB500057-94（220000版）的的要求，接接闪器（避避雷针）需需通过引引下线与与接地装装置相连连接。对对于金属属杆体，如如其管壁壁厚度大大于3.5mmm，可利利用杆体体作为引引下线。对对于水泥泥杆体，需需要重新新敷设引引下线，可可选用10的的镀锌圆圆钢顺着着杆体
9、与与接地装装置采用用断接卡卡连接。敷设在在杆体内的线线缆应穿穿金属管管，并将将金属管管的两端端可靠接接地，以以防止电电磁感应应。接地装置：接地就就是让已已经纳入入防雷系系统的闪闪电电流流顺利地地流入大大地，而而不能让让雷电能能量集中中在防雷雷系统的的某处对对被保护护物体产产生破坏坏作用。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。3.1.22传输部部分的直直击雷防防护为使传输线线路避免免遭受直直击雷的的损坏，所所有的线线缆应穿穿金属管管埋地敷敷设，并并将金属属管两端端可靠接接地。传传输线埋埋地敷设设也并不不能完全全阻止雷雷击设备备的发生生，统计计数据显
10、显示雷击击造成埋埋地电缆故障障大约占占总故障障的300%左右右，即使使雷击比比较远的的地方，也也仍然会会有部分分雷电流流流入电电缆。所所以采用用带屏蔽蔽层的线线缆或线线缆穿钢钢管埋地地敷设，保保持钢管管的电气气连通。对对防护电电磁干扰扰和电磁磁感应非非常有效效，这主主要是由由于金属属管的屏屏蔽作用用和雷电电流的集集肤效应应。如电电缆全程程穿金属属管有困困难时，可可在电缆缆进入终终端和前前端设备备前穿金金属管埋埋地引入入，但埋埋地长度度不得小小于155米，在在入户端端将电缆缆金属外外皮、钢钢管同防防雷接地地装置相相连。奥运安防系系统大部部分采用用的是光光纤传输输，光纤纤的金属属加强筋筋或金属属铠
11、层应应做好接接地处理理。3.1.33终端设设备的直直击雷防防护 终端设备备所处的的位置一一般在监监控机房房内，监监控机房房所处的的建筑物物一般都都有比较较完善的的直击雷雷防护措措施。如如建筑物物没有直直击雷防防护措施施，可采采用在楼楼顶敷设设避雷带带作为直直击雷防防护措施施。具体体如下：接闪器：避避雷带采采用10镀镀锌圆钢钢，间距距为1mm，高为为0.22m的支支持卡子子固定于于屋檐、屋屋脊，女女儿墙及及屋顶四四周等易易受雷击击部位。支支持卡子子采用圆圆钢10mmm*2000mm，其其底座用用混凝土土支座固固定屋檐檐、檐角角及屋顶顶四周处处。避雷雷带在檐檐角拐弯弯处做1100mmm的弧弧形转弯
12、弯。所有有镀锌圆圆钢相接接处，搭搭接长度度不少于于10ccm，且且需采用用双面焊焊接。引下线：采采用10镀镀锌圆钢钢（或440*4mmm镀锌扁扁钢）作作为防雷雷引下线线，在每每个建筑筑的四周周沿外墙墙对称设设置，根根据建筑筑物所属属的防雷雷等级以以及每栋栋建筑物物的周长长以及各各个建筑筑物地面面附近的的具体环环境的不不同，设设置数量量不等的的引下线线，并在在距地面面0.88m1.88m处设设置断接接卡，断断接卡使使用支持持卡子固固定于建建筑物外外墙上，靠靠近地面面处加装装护管。接地装置：采用长度度为2.5米的的50*50*5mmm镀锌角角钢接地地体，在在建筑物物四周距距离建筑筑外墙33米以外（
13、躲躲开建筑筑物的散散水坡），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感应应雷的防防护3.2.11前端系系统的电电源防护护奥运安防系系统的监监控范围围比较大大，因此此前端设设备的供供电均采采用交流流2200V，在在每个杆杆体通过过变压器器变成交交流244V，供供给各设设备电源源。给前端设备备供电的的线缆一一般采用用埋地敷敷设方式式，因此此电源系系统采用用二级防防护。在在每个杆杆体的2220VV电源进进线处安安装TPPS CC40 2P
14、电电源浪涌涌保护器器，在变变压器的的输出端端再安装装24VV电源浪浪涌保护护器（和和视频、控控制线一一起采用用三合一一浪涌保保护器）。3.2.22前端系系统的信信号防护护由于采用的的是光纤纤传输，在在每个杆杆体均通通过光纤纤转换器器将前端端的视频频、控制制信号传传输到监监控机房房。因此此在每个个杆体采采用TTTS-CCCTVV-3/24AAC浪涌涌保护器器保护前前端设备备的电源源、视频频和控制制信号。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。3.2.33监控机机房的防防护 监控控机房的的电源应应做三级级防护，即即在建筑筑物总配配电进线线处安装装第一级级电源浪浪涌保护护器，在在监控
15、机机房的UUPS输输入电源源端（或或机房分分配电箱箱）安装装第二级级电源浪浪涌保护护器，在在设备端端安装第第三级电电源浪涌涌保护器器。考虑虑监控机机房都是是在各建建筑物建建好后设设置的，为为了设备备维护的的方便及及管理，在在监控机机房的电电源输入入端直接接安装复复合型电电源浪涌涌保护器器TPSS B+C/110，实实现电源源的一级级、二级级防护，同同时在设设备端安安装TPPS DD10 JF77电源浪浪涌保护护转换器器。见图图5。 对于于通过线线缆和前前端设备备连接的的视频端端口安装装TTSS-CooaxBB-TVV/S浪浪涌保护护器，控控制线安安装TTTS-VVF-224/44S浪涌涌保护器
16、器。见图图4。监控机房应应做好等等电位连连接，计计算机机机房应在在静电地地板下敷敷设M型型等电位位均压网网，并应应和大楼楼的接地地系统相相连接。 在放置设备备的房间间静电地地板下四四周敷设设一圈330mmm*3mm铜铜排，用用绝缘子子支撑，离离地面的的距离约约为1000mmm；在中中间用2200mmm*00.3mmm铜带带敷设MM型等电电位网格格，铜带带按间隔隔6000mm*6000mm铺铺设,压压在静电电地板的的支架下下。铜带带与铜排排采用铜铜螺丝压压接连接接，铜带带之间采采用焊接接。各机机柜均用用2根不不等长的的16mmm2的铜线线成对角角线就近近与等电电位网格格相连接接，其它它金属导导体
17、均用用6mmm2的铜线线就近与与等电位位网格相相连接。四、结束语语雷电是通过过多方面面的途径径对安全全监控系系统产生生破坏的，本文以奥运安安全监控控系统为为例阐述述了安全全监控系系统遭受受雷击损损害的主主要成因，并对对雷电可可能的侵侵入途径径作了简简要的分分析。从以上上分析可可以看出出，安全全监控系系统防雷雷保护问问题具有有较强的的综合性性、复杂杂性和代代表性，对对安全监监控系统统的防雷雷保护设设计不仅仅取决于于所安装装的防雷雷装置的的性能，更更重要的的是在监监控系统统的设计计施工之之前，就就要考虑虑到监控控系统所所处的地地理位置置以及周周边环境境，设计计合适的的线缆布布放方式式、屏蔽蔽以及接地地方式。总总之，安安全监控控系统的的防雷保保护设计计应综合合考虑，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。鉴于作者的的水平，文文中难免免有失之之偏颇之之处，欢欢迎各位位同仁批批评指正正。参考文献：GB5500557-994(220000版)建建筑物防防雷设计计规范 GGB5003433-20004 建筑筑物电子子信息系系统防雷雷技术规规范 GGA/TT 6770-220066安全全防范系系统雷电电浪涌防防护技术术要求