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淺談安全防范系統工程的防雷和接地

文檔作者：周家坤文檔來源：湖北省電子信息產品質量監(jiān)督檢驗院		點擊數：	更新時間： 2021年07月18日
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ELECTRONICS WORLD?技術交流
淺談安全防范系統工程的防雷和接地
湖北省電子信息產品質量監(jiān)督檢驗院 周家坤
一、安全防范系統工程防雷接地系統概述
隨著社會的發(fā)展和人民的生活水平的提高，安全防范系
統在高速公路、金融系統、文博系統、住宅小區(qū)、智能交通、
重點場所和重點保護單位等各行各業(yè)中得到了廣泛的應用。目
前，安全防范系統工程正充分利用網絡資源，朝著數字化、網
絡化、智能化、兼容化方向發(fā)展。特別是社會治安視頻監(jiān)控系
統工程——“天網工程”在維護社會穩(wěn)定、打擊違法犯罪、保
護人民生命財產安全等發(fā)揮著重要的作用。
由于安全防范系統工程中的設備多為數字化的微電子產
品，這些設備具有高密度、高速度、低電壓、低功耗等特性。
它們對于各種雷電過電壓、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，使得安防系統設備極易遭受雷
電和過電壓的破壞，其后果可能使整個安防系統不能正常運行
或運行失靈。甚至造成難以估量的經濟損失和發(fā)生人身安全事
故。因此如何對安防系統實施切實有效的雷電防護，保證系統
安全可靠運行，成為當前的一項十分重要的工作。
為了對安防系統采取有效的雷電保護措施，保護安防系統
正?？煽康倪\行，安全防范系統工程的從業(yè)人員應熟悉安全防
范系統工程的防雷接地的相關標準和規(guī)范；了解安全防范系統
工程的構成和雷電過電壓的種類；分析安全防范系統遭受雷電
損害的主要原因；恰當運用切實可行的防雷接地措施。
二、防雷接地的主要標準
安全防范系統的防雷接地的主要標準：
建于山區(qū)、曠野的安全防范系統，應按《建筑物防雷設計
規(guī)范》GB50057-2010的要求設置避雷和保護裝置。
建于建筑物內的安全防范系統，應按 《建筑物電子信息系
統防雷技術規(guī)范》GB50343-2012的要求設置避雷和保護裝置。
安全防范系統雷電浪涌防護應按 《安全防范系統雷電浪涌防
護技術要求》 GA/T670-2006標準要求進行防雷接地的設計和施工。
在熟悉相關的標準的前提下，安防從業(yè)的設計和施工人員應
對安防工程的前端布點、傳輸路由、終端機房等要做詳細的現場勘
察，掌握安防系統安裝區(qū)域的地理和人文環(huán)境（地形地物、土壤電
阻率等）、氣候環(huán)境和雷電災害情況（一年中的溫濕度、風、雨、
霧及雷暴日等級等）等資料，正確設計、選擇、安裝系統的設備和
防雷接地裝置。通過對信號線、電源線及其他設備采取合理布線、
屏蔽、等電位連接及接地等措施，有效提高安防系統的抗雷擊的過
電壓干擾能力，確保安防系統安全可靠運行。
三、安全防范系統工程的構成
安全防范系統工程主要由頻監(jiān)控系統、入侵報警系統、出
入口控制系統、電子巡查系統、停車場管理系統、安全檢查系
統、安全防范管理系統等組成。安全防范系統一般由三部分組
成：前端部分、傳輸部分、終端部分。
1、前端部分：前端部分主要由音頻信號采集設備（拾音器
等）、視頻信息采集設備（監(jiān)控攝像機、卡口攝像機、抓拍攝
像機等）、入侵探測設備（點型探測器、線性探測器、面型探
測器、空間探測器）、出入口控制設備（密碼設備、感應卡設
備、生物識別設備等）、電子巡查設備（離線式設備、在線式
設備、GPRS設備）等。
2、傳輸部分：傳輸部分主要由各類電纜組成。包括同軸電
纜、電線、多芯線、光纖等。線路敷設一般采取架空、地埋或
沿墻等敷設方式，用于傳輸視頻信號、音頻信號、控制信號、
和饋送交、直流電源等。
3、終端部分：終端設備一般是安裝在監(jiān)控中心或專用設備
間。終端設備主要有各種服務器、核心交換機、屏幕墻（顯示
器）、控制臺（客戶端電腦）、UPS電源等。用于遠程集中監(jiān)
控、前端設備控制和系統實時管理、音視頻數據存儲處理等。
四、雷電過電壓的種類
1、直擊雷過電壓：據觀測，在地面上產生雷擊的雷云多為
負雷云。有時雷云很低，周圍又沒有帶異性電荷的雷云，這樣
有可能在地面凸出物上感應出異性電荷在雷云與大地之間形成
很大的雷電場。當雷云與大地之間在某一方位的電場強度達到
25～30kV/cm時就開始放電，這就是直擊雷。當雷電直接擊中
電氣設備、線路或建筑物時，強大的雷電流通過其流入大地，
在被擊物上產生較高的電位降，稱直擊雷過電壓。
2、感應雷過電壓：當雷云在架空線路上方時，使架空線
路感應出異性電荷。雷云對其他物體放電后，架空線路上的電
荷被釋放，形成自由電荷流向線路兩端，產生電位很高的過電
壓，稱感應雷電壓。架空線路上的感應過電壓可達幾萬甚至幾
十萬伏，對供電系統的危害很大。
3、雷電侵入波：由于直擊雷或感應雷而產生的高電壓雷電
波，沿架空線路或金屬管道侵入變配電所或用戶，稱雷電侵入
波。這種雷電波侵入造成的危害占雷害總數的一半 以上。
4、避雷針的作用：避雷針的功能實質是引雷作用。由于避
雷針安裝高度高于被保護物，因此當雷電先導臨近地面時，它能
使雷電場畸變，改變雷電先導的通道方向，吸引到避雷針本身，
然后經與避雷針相連的引下線和接地裝置將雷電流泄放到大地中
去。避雷針能否對被保護物進行保護，被保護物是否在其有效的
保護范圍內是很重要的。避雷針的保護范圍，以其能防護直擊雷
的空間來表示，按新頒國家標準采用“滾球法”來確定。
五、雷電損害的主要原因
1、前端設備的防雷措施不全面
安防系統前端設備分室內、室外兩種情況，安裝在室內的設
備要考慮雷電過電壓對設備的侵害，室外的設備要考慮直擊雷、
感應雷對設備的損害。前端設備的防雷措施不全面主要表現在：
萬方數據
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ELECTRONICS WORLD?技術交流
1）前端設備沒有防直擊雷的防雷接地系統。如安裝在屋頂
社會治安視屏系統監(jiān)控中的高球（或全景攝像機）；空曠地帶
的攝像機（如古墓群保護）等。該類前端的信息采集設備、供
電電源線、信號線傳輸線纜、設備箱、金屬支撐桿件等完全暴
露在雷電之下，是典型的“引雷器”。實際工程中因防雷接地
措施不全被雷擊的事件時有發(fā)生。
2）接地體的接地電阻值不符合標準要求。標準規(guī)定室外架
設的設備及立桿應良好接地，其接地電阻值不得大于10Ω。前
端設備一般采用立桿、借桿、壁掛、坐地安裝的方式，立桿一
般有地籠，但接地體阻值很多大于10Ω；借桿、壁掛、坐地安
裝時的前端設備幾乎都沒有做接地體。我們知道雷電流的泄放
是要有接地體的，且泄放是流向電阻最低的地方。所以接地體
的阻值應符合標準要求。
3）等電位連接不規(guī)范。前端設備的等電位連接是將一切外露可
導電物體就近分別連接到設備箱的接地柱上。實際系統施工時有的沒
有考慮做等電位連接；有的只有部分設備外殼做了等電位連接；有的
連接線芯面積不夠，存在瓶頸；有的甚至沒有接地柱等?？赡茉斐梢?
雷電的電磁感應使前端設備間存在電位差被損壞。
4）接地引下線存在瓶頸。實際系統施工時有的沒有引下
線；有的引下線的線芯面積小于16 mm2；有的引下線的線芯面
積符合要求但引下線兩端連接不規(guī)范而人為制造瓶頸等。
森林防火的視頻監(jiān)控系統的前端設備，其防雷接地系統的防直
擊雷系統和防雷接地系統完全按標準規(guī)范進行設計和施工。安裝工藝
和接地電阻檢測的結果合格，但建設初期還是經常被雷擊。施工人員
經過分析和不斷試驗，最終是以增加引下線的面積、接地體的泄放路
徑、降低接地電阻值等措施解決了經常被雷擊的現象。
實踐證明，我們要按防雷接地標準規(guī)范的設計和施工，同
時要根據現場的實際情況靈活運用防雷接地的技術和技巧，保
證系統正常運行萬無一失。
2、傳輸線路敷設不符合要求
傳輸線路是連接前端設備和終端設備之間的紐帶，也是雷
電波侵入的一個重要途徑。然而在實際工程中往往自覺不自覺
的忽視了傳輸線路的雷電保護。傳輸線路敷設不符合規(guī)范要求
的現象主要表現在：
1）線路的敷設方式多選用易遭受雷擊的架空敷設方式，而
沒選用防雷效果最佳的穿金屬管埋地敷設的方式。傳輸線埋地
敷設并不能阻止雷擊設備的的發(fā)生，采用帶屏蔽層的線纜或將
線纜穿金屬管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通，對防護電磁干
擾和電磁感應非常有效。
2）電源線和信號線捆扎一起平行敷設，沒有分開敷設，也
沒有采取屏蔽和接地措施。
3）地埋敷設時，線纜沒有穿金屬管而是穿的是不能對雷電
流起屏蔽作用的PVC管。造成雷電波從傳輸線纜侵入損壞設備。
4）線纜敷設過程中的金屬屏蔽層、金屬外殼、中轉箱箱體
外殼等沒有全面的防雷接地措施。致使雷電電流不能及時泄放
形成雷電災害。
3、終端設備的等電位連接和防雷接地措施不完善
監(jiān)控中心（或專用設備間）的等電位連接是將各種設備、
裝置等導電的金屬外殼用等電位連接導線或浪涌保護器連接起
來以減少雷電流在它們之間產生電位差。終端設備的等電位連
接和防雷接地措施不完善主要表現在：
1）監(jiān)控中心（或專用設備間）所在建筑物沒有設置防直擊
雷的避雷針、避雷帶或避雷網（一般發(fā)生在早期的建筑物）。
致使監(jiān)控中心（或專用設備間）的設備沒有直擊雷的防護系
統，造成室內的設備、傳輸線路等遭受直擊雷、感應雷、雷電
波侵入等帶來的損害。
2）進入監(jiān)控中心的各種金屬管線沒有接到防感應雷的接地
裝置上；架空電纜（電源線、信號線等）直接引入時，在入戶
處沒有加裝防雷裝置。實際上是“引雷入室”。
3）監(jiān)控中心沒有設置匯集排（匯集環(huán)）或局部等電位連接
裝置。不符合“系統一點接地”的原則。
4）監(jiān)控中心接地端子沒有地線符號標記；接地電阻值不
符合標準規(guī)定。標準規(guī)定安全防范系統的接地母線應采用銅質
線，接地端子應有地線符號標記。接地電阻不得大于4Ω；建造
在野外的安全防范系統,其接地電阻不得大于10Ω；在高山巖石
的土壤電阻率大于2000Ω·m時，其接地電阻不得大于20Ω。
5）系統的電源沒有設置三級保護。
6）接地線芯面積和等電位連接線芯面積小，不符合標準的
規(guī)定。
7） 監(jiān)控中心的等電位連接網絡考慮的不全面。監(jiān)控中心的等
電位連接網絡應包括防雷接地、保護接地、交流接地、直流接地、屏
蔽接地、邏輯地和信號地、光端設備接地、布線系統的所有屏蔽層接
地、聯合接地或單獨接地等。實際工程中往往顧此失彼。
六、系統的防雷接地措施
1、前端設備的防雷接地措施
前端設備的防雷接地系統應包括防直擊雷系統和等電位連
接系統。防護的對象一般是前端音頻采集信號設備、視頻信號
采集設備、入侵探測設備、連接線路、設備箱（安裝方式有立
桿、借桿、壁掛、坐地安裝）等。保護方式一般為接閃器、等
電位連接網絡、接地引下線、接地體等防雷接地措施。前端設
備防雷接地應注意以下問題：
1）直擊雷防護：被防護對象應置于接閃器（避雷針、避雷
帶、或其他接閃導體）滾球半徑的保護范圍之內。
2）感應雷（電磁感應、靜電感應）防護：前端設備的等電
位連接應在控制箱內設置等電位連接柱，確保設備箱的外殼、
金屬設備外殼、線纜屏蔽層、光纖金屬加強芯、金屬立桿、防
雷器接地端子等與接地柱做等電位連接。再有接地柱通過引下
線同接地體連接。
3）雷電浪涌（或雷電波侵入）防護 ：為防止雷電波侵入
前端設備，對前端設備應加裝浪涌保護器（單一的、二合一
的、三合一的SPD），防雷器應做可靠接地，且接地線應盡量
短、直、粗；如果前端室外直流電源傳輸距離大于15米時，則
被供電設備端應串接壓直流避雷器。
4）前端設備接地系統應做接地體，接地電阻不應大于
10Ω，接地引下線的線芯截面積不小于16mm2，等電位連接線
的線芯截面積最好不小于4 mm2。
5）敷設在立桿上的線纜（電源線、信號線）應穿金屬管進
行屏蔽。避免雷電流侵入線纜受損害。
2、傳輸線路的防雷接地防護措施
傳輸部分主要是由中轉設備箱和各類電纜組成。包括中轉設
備箱、同軸電纜、電線、多芯線、光纖等。 傳輸部分一般采用架
空、地埋或沿墻敷設方式。用于傳輸音頻、視頻和控制信號和饋
送交、 直流電源等。 傳輸線路防雷接地應注意以下問題：
1）強電線路與弱電信號線路應分開敷設，且之間的距離應
盡量拉大。信號線纜與其他線纜共桿架空敷設段之間的最小距
離應符合下表的要求。
萬方數據
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ELECTRONICS WORLD?技術交流
種類最小間距（m） 種類最小間距（m）
1∽10KV電力線2.5 廣播線1.0
1KV以下電力線1.5 通信線0.6
2）傳輸線路的線纜最好是穿金屬管埋地敷設，受條件限制
時，可只在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，埋地
長度不得小于15米，且全程電氣連通，并且兩端口可靠接地。
3）架空敷設時應在每一根電桿上做接地處理，架空線纜的
吊線的架空線纜線路中的金屬管道均應接地 。
4）不得在建筑物屋頂上架設線纜，必須敷設時，應穿金屬
管進行屏蔽并接地。
5）光纜傳輸系統中，光端機的外殼應接地。光纜加強芯、
架空光纜的接續(xù)護套應接地。
6）傳輸設備匯集箱（或中轉箱）的防雷接地防護同前端設
備箱的感應雷防護和雷電波侵入防護一樣，應做等電位連接和
防雷接地。匯集箱或中轉箱的接地電阻不大于10Ω。
3、終端設備的防雷接地措施
終端設備（監(jiān)控中心或專用設備間）主要是由交換設備、
控制設備、顯示設備、 存儲設備等組成。終端設備的等電位連
接網路應根據相關的防雷接地標準和規(guī)范的要求進行設計和施
工。監(jiān)控中心或專用設備間的防雷接地應注意以下問題：
1）系統的接地，宜采用一點接地方式。接地母線應采用銅質
線，接地線不得形成封閉回路，不得與強電的電網零線短接或混接。
2）系統采用專用的接地裝置時，其接地電阻值不得大于
4Ω；采用綜合接地網時，其接地電阻值不得大于1Ω。
3） 安全防范系統的接地引下線應采用線芯截面積不小于
32 mm2的多股銅導線。
4）監(jiān)控中心（或監(jiān)控設備間）應設置局部等電位連接，局
部等電位連接裝置引致各設備專用接地線應選用銅芯絕緣導線，
其線芯截面積不應小于8mm2。等電位連接是將交流工作接地、
直流工作接地、安全保護接地、 防靜電接地、防雷保護接地和
一切外露可導電物體就近分別連接等電位接地端子板或等電位連
接帶相連。再由局部等電位連接端連接到匯集排或匯集環(huán)。
5）監(jiān)控中心應設置匯集排或匯集環(huán)，匯集排或匯集環(huán)應采
用裸銅線，其線芯截面積不應小于35mm2。
6）監(jiān)控中心或專用設備間應有等電位連接網路。等電位連
接應采用“S”型星型結構和“M”型網絡結構。當設備少并集
中時宜采用“S”連接方式；當設備多并分散時宜采用“M”型
連接方式；復雜系統中的等電位連接可兩者兼而有之。
7）安全防范系統的電源線、信號傳輸線路、天線饋線以及
進入監(jiān)控中心的架空電纜入室端均應采取防雷電感應過電壓、
過電流的保護措施。
8）接地線應采用多股銅芯線，接地連接線兩端應采用銅鼻
子壓接。
9）各種電涌保護器（避雷器）的接地線應以最直和最短的
距離與等電位連接端（接地母線或匯集排）進行電氣連接。
10）接地體：地網（接地體）是雷電流的最終去處，地
網的好壞將直接影響系統的防雷效果。根據國家規(guī)范要求，防
雷接地與交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地宜共用
一組接地裝置。采用共用接地系統的目的是達到均壓、等電位
以減小各種接地設備間、不同系統間的電位差，避免雷電流干
擾、地電流干擾和噪聲干擾。保證系統的安全可靠運行。
綜上所述，安全防范系統工程的防雷接地是一個系統工程，
要從直擊雷防護、感應雷和雷電波侵入防護入手，做好系統的屏
蔽、接地、等電位連接、線纜敷設、浪涌保護器配置和接地體等
多方面的工作。忽視其中任何一個環(huán)節(jié)都有可能對整個工程帶來
嚴重的安全隱患。再者要對安全防范系統工程的從業(yè)人員（設計
施工人員）及時進行相關標準和規(guī)范的培訓，規(guī)范施工意識，從
各方面減少安全防范系統因雷電災害帶來的損失。
（上接第185頁）
全彩系統初始狀態(tài)設定RGB分量為1:1:1。全彩調節(jié)主要依靠
調節(jié)RGB三者的分量比，系統中三個分量均可調節(jié)，可以實現對
各種顏色的調節(jié)。為增加照明多樣性，系統中還設有七色跳變模
式及全彩漸變模式。七彩跳變模式時，系統不斷在紅橙黃綠青藍
紫這七色中跳變，每種顏色持續(xù)時間為2s，人眼可以明顯感覺到
顏色跳變；全彩漸變時，系統從紅色開始逐漸向綠色漸變，之后
漸變至藍色，最終漸變回到紅色，以此漸變模式不斷循環(huán)，遍歷
各種顏色，人眼感覺不到明顯的顏色瞬時跳變。此外，系統還設
有幾個常用顏色的快捷選取鍵，以便有更好的照明體驗。
6.結論
文中設計了一款基于紅外遙制，能夠進行PWM調光調色的LED
燈具， 通過對燈具每個模塊的具體分析與設計，使得該款LED 燈具
能滿足家庭智能照明的要求，能夠廣泛地應用于家庭裝飾、景觀照
明、氣氛烘托等照明場景中，具有較高的市場利用價值。
參考文獻
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作者簡介：
曹文越（1993—），山東萊蕪人，碩士研究生，現就讀于
廈門大學。
通訊作者：劉寶林，廈門大學物理系博士生導師，研究方
向：微納加工、LED發(fā)光。

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