酒店監控系統防雷設計

黃國全 黃萬龍 陳 捷

0 引言

酒店是集商務、旅游度假、飲食、休閑娛樂于一體的綜合場所。隨著社會的發展及人們生活的需要，酒店的功能愈加完善，配套設施一般有電話、電視、計算機設備及網絡、電子監控系統等。電子監控系統是酒店安保工作的重要手段，由于系統具有大量的電子設備，其耐壓要求較高，雷電對電子設備造成嚴重的威脅。

本文重點對酒店電子監控系統防雷安全進行了全面分析，提出了綜合的防雷設計方案。

1 酒店雷擊風險分析

1.1 建筑物規模及環境分析

經現場勘查和查閱相關圖紙，本文所述新建酒店定位為商務型酒店，有一棟建筑物，地下1層，地上18層，長L=41.2 m，寬W=26.5 m，高H=68.2 m。該酒店位于河邊，屬于相對空曠地帶，周圍建筑物均在10層以下。

經現場勘測，土壤電阻率為250 Ω·m。酒店內部信息系統有計算機房、電子監控機房設備、消防控制系統等，酒店外部四個角位和內部各樓層布置電子監控設備。

1.2 雷電危害形式分析

直擊雷:直擊雷可能對電子監控機房所在建筑物造成破害。電效應、熱效應和機械力效應等會導致酒店建筑物損壞和威脅人身安全。直擊雷的特點是能量大，電壓達到數萬伏甚至數百萬伏，瞬間電流可達上萬安培。直擊雷產生的強烈劇變的電磁場，處于該電磁場的信息設備有遭受浪涌過電壓危害的可能。

雷電波入侵:電子監控系統的電源線、信號傳輸線或進入監控室的其他金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線或導體侵入設備，導致高電位差使設備損壞。

電磁感應:當附近區域有雷擊閃過時，在雷擊落實通道周圍會產生強大的瞬變電磁場。當雷擊發生在酒店附近，或者雷云放電時所產生的暫態高電位和電磁脈沖能夠以傳導、耦合感應和輻射等方式沿多種途徑侵入酒店內部信息系統，對電氣設備、信息系統設備造成損害。

2 酒店建筑物及電子監控系統綜合防雷設計

由于酒店監控系統有大量電子設備，電子設備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，其對雷電過電壓、電力系統操作過電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感。因此，必須從綜合防雷的角度來進行設計。該電子監控系統綜合防雷設計可以分為監控機房所在建筑物外部直擊雷防護設計、監控機房內部防雷設計和室外電子監控設備防雷設計三大系統。采取的方法主要有接地、分流、屏蔽、等電位連接、過電壓保護等。

2.1 監控機房所在建筑物外部直擊雷防護設計

監控中心機房所在酒店建筑物應采取防直擊雷的措施，天面可采用φ10的鍍鋅圓鋼構筑避雷帶，另外用φ10的圓鋼做避雷帶支撐，支撐高度10 cm，每隔1 m設一支撐。避雷帶連接處采用焊接，搭接長度為不小于圓鋼直徑的12倍，單面施焊，或不小于圓鋼直徑的6倍，雙面施焊，并做好防腐處理。用40 mm×4 mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(地網電阻應小于4 Ω)連接，引下線的間距應不大于18 m。

酒店建筑物內所有接地如防雷接地、設備保護地、屏蔽體接地、防靜電接地、建筑物金屬構件、低壓配電保護線、等電位連接帶及接地裝置等采用共用接地形式。

2.2 監控機房內部防雷設計

監控機房是整個控制系統的關鍵部分，為保證設備的正常運行，對防雷接地要求非常嚴格。監控機房設在酒店第2層，根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》5.4.6規定，系統接地應采取共用接地形式，其中防雷接地電阻要求達到4 Ω以下，接地電阻達不到要求時增加人工接地體。為防雷擊電磁脈沖，機房采取屏蔽保護。用網格尺寸200 mm×200 mm的Φ6 mm鋼筋網格作屏蔽網，將屏蔽網和機房金屬門窗與酒店大樓用作引下線的構造柱內鋼筋電氣連通。監控機房內設備的金屬外殼、管道、機柜等進行等電位連接。線路屏蔽部分，將信號線與電力線分開敷設，且平行凈距不小于1 m，交叉凈距不小于0.3 m，采用穿金屬管引入，線纜屏蔽層和金屬管兩端均做接地處理。進入建筑物的電源線，采用金屬鎧裝電纜埋地敷設，電纜鎧裝層的兩端接地。由總配電房至酒店各樓層的配電箱以及監控機房樓層配電箱的電力線路，均應采用金屬鎧裝電纜進行敷設。監控機房內設置等電位連接金屬板，將機房內所有電氣電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、電纜屏蔽層、浪涌保護器(SPD)接地端以最短的距離與等電位連接網絡的接地端子連接，以均衡電位。

2.3 室外電子監控設備防雷設計

監控系統中的前端攝像機一般分為室外安裝型和室內安裝型，室內型攝像機信號傳輸線纜和電源供給線纜均通過“地埋”方式布線，遭受雷擊的機會較少。下面重點闡述該酒店室外獨立攝像機防雷措施。

1)前端監控設備防雷保護。

監控系統前端部分主要由黑白(彩色)攝像機、云臺、防護罩、支架等組成。當攝像機獨立架設時，避雷針最好距攝像機3 m～4 m的距離。攝像頭應置于接閃器(避雷針或其他接閃導體)有效保護范圍之內，如有困難避雷針也可以架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬立柱本身或選用φ10的鍍鋅圓鋼或者鍍鋅扁鐵。由于條件的限制，本文所描述的直擊雷防護采用金屬立柱自身接地，避雷針設在金屬立桿頂部，采用φ16的鍍鋅圓鋼，高度為500 mm，沿桿內部接攝像機的電源線和信號線采取套金屬管屏蔽方式(見圖1)。

圖1 金屬管屏蔽方式示意圖

2)防雷接地保護。

監控設備前端監控點采取就近接地原則，對于酒店室內監控中心及靠近建筑物的攝像頭，宜利用建筑物主鋼筋作聯合接地處理。對于遠離建筑的室外攝像頭，在金屬立桿旁設計人工接地體(見圖2)，垂直接地極采用50 mm×50 mm×5 mm鍍鋅角鋼，長度為2.5 m，頂端埋于地面之下0.8 m，然后將垂直接地極間隔5 m打入地下，上端部用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼水平焊接，并與金屬立桿焊接，焊接處進行防銹、防腐處理，地網接地電阻值須小于10 Ω。根據土壤電阻率為250 Ω·m計算，需要8根接地體。t=0.8 m;a=5 m;L=8a=40 m。

圖2 人工接地體示意圖

2.4 電源以及信號過電壓保護

2.4.1 監控系統電源過電壓分級保護

在電源線路上安裝電源防雷器，是一種有效可行的防護措施。結合監控電子監控機房實際，采取多級保護的形式，可安裝不同通流容量的電源浪涌保護器。

監控系統電源線路由配電室埋地引入，建筑物室內供電系統采用TN-S系統。酒店大樓信息系統設備雷電防護等級為A級，根據GB 50343-2004，電源系統按四級防雷保護進行設計。根據GB 50057-94，全部雷電流的50%流入建筑物防雷接地裝置，其他50%分配于進入建筑物的線路。按總雷電流150 kA(10/350 μs)來考慮浪涌保護器選擇。

電源系統第一級防護。

在進入酒店的總配電柜前端安裝浪涌保護器，通流量不小于80 kA(8/20 μs)。

電源系統第二級防護。

為了更好的抑制感應過電壓和降低后級殘壓，在酒店大樓各樓層分配電箱處安裝選用限壓型SPD，提供第二級的保護。通流量不小于 40 kA(8/20 μs)。

電源系統第三級防護。

在酒店監控機房配電箱安裝選用限壓型SPD，提供第三級的保護。通流量不小于20 kA(8/20 μs)。

電源系統第四級防護。

監控機房內UPS電源、直流配電系統、重要監控設備前采用通流量不小于10 kA(8/20 μs)的SPD。

2.4.2 監控系統前端與終端設備過電壓保護

為防止雷電波沿線路侵入前端設備，在設備前的每條線路(電源線220 V或DC12 V、視頻線、信號線和云臺控制線)加裝合適的避雷器。如攝像機的電源電壓一般為AC220 V或DC12 V。如果攝像機由直流變壓器供電的，單相電源避雷器應串聯或并聯在直流變壓器前端，如直流電源傳輸距離大于15 m，則攝像機端還應串接低壓直流避雷器。監控系統終端主要由控制設備、畫面分割器、監視器、錄像存儲設備等組成。室外各攝像頭視頻信號傳輸線路、信號控制線路上需安裝信號避雷器。攝像機通過同軸電纜傳輸到監控中心的控制主機，在視頻線和控制線進入光端機前，在每個視頻分配器的輸入端口處，安裝控制線路避雷器和視頻信號避雷器并作良好接地。電源避雷器、信號避雷器應分別采用不小于6 mm2，2.5 mm2的接地線，與并等電位連接排連接，連接導線盡可能短。控制室內所有設備的交流工作地、安全保護地、直流地、靜電地等均進行等電位連接。

3 結語

酒店電子監控系統的雷電防護設計是一項綜合、復雜的工程，本文通過對電子監控系統可能遭受雷擊損害的途徑進行了分析，主要結合接地、分流、屏蔽、等電位連接、過電壓保護等方面提出了一套比較全面的防雷保護方案，可供防雷工程參考應用。

[1]GB 50057-94，建筑物防雷設計規范(2000版)[S］.

[2]GB 50343-2004，建筑物電子信息系統防雷技術規范[S］.

[3]GB 50174-93，電子計算機機房設計規范[S］.

[4]蘇邦禮.雷電與避雷工程[M］.廣州:中山大學出版社，1996.

[5]陳渭民.雷電原理[M］.北京:氣象出版社，2003.