黃國全 黃萬龍 陳 捷

0 引言

酒店是集商務(wù)、旅游度假、飲食、休閑娛樂于一體的綜合場(chǎng)所。隨著社會(huì)的發(fā)展及人們生活的需要，酒店的功能愈加完善，配套設(shè)施一般有電話、電視、計(jì)算機(jī)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)、電子監(jiān)控系統(tǒng)等。電子監(jiān)控系統(tǒng)是酒店安保工作的重要手段，由于系統(tǒng)具有大量的電子設(shè)備，其耐壓要求較高，雷電對(duì)電子設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅。

本文重點(diǎn)對(duì)酒店電子監(jiān)控系統(tǒng)防雷安全進(jìn)行了全面分析，提出了綜合的防雷設(shè)計(jì)方案。

1 酒店雷擊風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 建筑物規(guī)模及環(huán)境分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和查閱相關(guān)圖紙，本文所述新建酒店定位為商務(wù)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(duì)空曠地帶，周圍建筑物均在10層以下。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，土壤電阻率為250 Ω·m。酒店內(nèi)部信息系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)房、電子監(jiān)控機(jī)房設(shè)備、消防控制系統(tǒng)等，酒店外部四個(gè)角位和內(nèi)部各樓層布置電子監(jiān)控設(shè)備。

1.2 雷電危害形式分析

直擊雷:直擊雷可能對(duì)電子監(jiān)控機(jī)房所在建筑物造成破害。電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力效應(yīng)等會(huì)導(dǎo)致酒店建筑物損壞和威脅人身安全。直擊雷的特點(diǎn)是能量大，電壓達(dá)到數(shù)萬伏甚至數(shù)百萬伏，瞬間電流可達(dá)上萬安培。直擊雷產(chǎn)生的強(qiáng)烈劇變的電磁場(chǎng)，處于該電磁場(chǎng)的信息設(shè)備有遭受浪涌過電壓危害的可能。

雷電波入侵:電子監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號(hào)傳輸線或進(jìn)入監(jiān)控室的其他金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿這些金屬導(dǎo)線或?qū)w侵入設(shè)備，導(dǎo)致高電位差使設(shè)備損壞。

電磁感應(yīng):當(dāng)附近區(qū)域有雷擊閃過時(shí)，在雷擊落實(shí)通道周圍會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)。當(dāng)雷擊發(fā)生在酒店附近，或者雷云放電時(shí)所產(chǎn)生的暫態(tài)高電位和電磁脈沖能夠以傳導(dǎo)、耦合感應(yīng)和輻射等方式沿多種途徑侵入酒店內(nèi)部信息系統(tǒng)，對(duì)電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)設(shè)備造成損害。

2 酒店建筑物及電子監(jiān)控系統(tǒng)綜合防雷設(shè)計(jì)

由于酒店監(jiān)控系統(tǒng)有大量電子設(shè)備，電子設(shè)備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，其對(duì)雷電過電壓、電力系統(tǒng)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(jìn)行設(shè)計(jì)。該電子監(jiān)控系統(tǒng)綜合防雷設(shè)計(jì)可以分為監(jiān)控機(jī)房所在建筑物外部直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)、監(jiān)控機(jī)房內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)和室外電子監(jiān)控設(shè)備防雷設(shè)計(jì)三大系統(tǒng)。采取的方法主要有接地、分流、屏蔽、等電位連接、過電壓保護(hù)等。

2.1 監(jiān)控機(jī)房所在建筑物外部直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心機(jī)房所在酒店建筑物應(yīng)采取防直擊雷的措施，天面可采用φ10的鍍鋅圓鋼構(gòu)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(shè)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(wǎng)(地網(wǎng)電阻應(yīng)小于4 Ω)連接，引下線的間距應(yīng)不大于18 m。

酒店建筑物內(nèi)所有接地如防雷接地、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、防靜電接地、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線、等電位連接帶及接地裝置等采用共用接地形式。

2.2 監(jiān)控機(jī)房內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)

監(jiān)控機(jī)房是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)防雷接地要求非常嚴(yán)格。監(jiān)控機(jī)房設(shè)在酒店第2層，根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》5.4.6規(guī)定，系統(tǒng)接地應(yīng)采取共用接地形式，其中防雷接地電阻要求達(dá)到4 Ω以下，接地電阻達(dá)不到要求時(shí)增加人工接地體。為防雷擊電磁脈沖，機(jī)房采取屏蔽保護(hù)。用網(wǎng)格尺寸200 mm×200 mm的Φ6 mm鋼筋網(wǎng)格作屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)和機(jī)房金屬門窗與酒店大樓用作引下線的構(gòu)造柱內(nèi)鋼筋電氣連通。監(jiān)控機(jī)房內(nèi)設(shè)備的金屬外殼、管道、機(jī)柜等進(jìn)行等電位連接。線路屏蔽部分，將信號(hào)線與電力線分開敷設(shè)，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(jìn)入建筑物的電源線，采用金屬鎧裝電纜埋地敷設(shè)，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(jiān)控機(jī)房樓層配電箱的電力線路，均應(yīng)采用金屬鎧裝電纜進(jìn)行敷設(shè)。監(jiān)控機(jī)房內(nèi)設(shè)置等電位連接金屬板，將機(jī)房內(nèi)所有電氣電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬管、電纜屏蔽層、浪涌保護(hù)器(SPD)接地端以最短的距離與等電位連接網(wǎng)絡(luò)的接地端子連接，以均衡電位。

2.3 室外電子監(jiān)控設(shè)備防雷設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)中的前端攝像機(jī)一般分為室外安裝型和室內(nèi)安裝型，室內(nèi)型攝像機(jī)信號(hào)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(jī)會(huì)較少。下面重點(diǎn)闡述該酒店室外獨(dú)立攝像機(jī)防雷措施。

1)前端監(jiān)控設(shè)備防雷保護(hù)。

監(jiān)控系統(tǒng)前端部分主要由黑白(彩色)攝像機(jī)、云臺(tái)、防護(hù)罩、支架等組成。當(dāng)攝像機(jī)獨(dú)立架設(shè)時(shí)，避雷針最好距攝像機(jī)3 m～4 m的距離。攝像頭應(yīng)置于接閃器(避雷針或其他接閃導(dǎo)體)有效保護(hù)范圍之內(nèi)，如有困難避雷針也可以架設(shè)在攝像機(jī)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(hù)采用金屬立柱自身接地，避雷針設(shè)在金屬立桿頂部，采用φ16的鍍鋅圓鋼，高度為500 mm，沿桿內(nèi)部接攝像機(jī)的電源線和信號(hào)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(hù)。

監(jiān)控設(shè)備前端監(jiān)控點(diǎn)采取就近接地原則，對(duì)于酒店室內(nèi)監(jiān)控中心及靠近建筑物的攝像頭，宜利用建筑物主鋼筋作聯(lián)合接地處理。對(duì)于遠(yuǎn)離建筑的室外攝像頭，在金屬立桿旁設(shè)計(jì)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(jìn)行防銹、防腐處理，地網(wǎng)接地電阻值須小于10 Ω。根據(jù)土壤電阻率為250 Ω·m計(jì)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(hào)過電壓保護(hù)

2.4.1 監(jiān)控系統(tǒng)電源過電壓分級(jí)保護(hù)

在電源線路上安裝電源防雷器，是一種有效可行的防護(hù)措施。結(jié)合監(jiān)控電子監(jiān)控機(jī)房實(shí)際，采取多級(jí)保護(hù)的形式，可安裝不同通流容量的電源浪涌保護(hù)器。

監(jiān)控系統(tǒng)電源線路由配電室埋地引入，建筑物室內(nèi)供電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)。酒店大樓信息系統(tǒng)設(shè)備雷電防護(hù)等級(jí)為A級(jí)，根據(jù)GB 50343-2004，電源系統(tǒng)按四級(jí)防雷保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)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(jìn)入建筑物的線路。按總雷電流150 kA(10/350 μs)來考慮浪涌保護(hù)器選擇。

電源系統(tǒng)第一級(jí)防護(hù)。

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

電源系統(tǒng)第二級(jí)防護(hù)。

為了更好的抑制感應(yīng)過電壓和降低后級(jí)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(jí)的保護(hù)。通流量不小于 40 kA(8/20 μs)。

電源系統(tǒng)第三級(jí)防護(hù)。

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

電源系統(tǒng)第四級(jí)防護(hù)。

監(jiān)控機(jī)房內(nèi)UPS電源、直流配電系統(tǒng)、重要監(jiān)控設(shè)備前采用通流量不小于10 kA(8/20 μs)的SPD。

2.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)前端與終端設(shè)備過電壓保護(hù)

為防止雷電波沿線路侵入前端設(shè)備，在設(shè)備前的每條線路(電源線220 V或DC12 V、視頻線、信號(hào)線和云臺(tái)控制線)加裝合適的避雷器。如攝像機(jī)的電源電壓一般為AC220 V或DC12 V。如果攝像機(jī)由直流變壓器供電的，單相電源避雷器應(yīng)串聯(lián)或并聯(lián)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(jī)端還應(yīng)串接低壓直流避雷器。監(jiān)控系統(tǒng)終端主要由控制設(shè)備、畫面分割器、監(jiān)視器、錄像存儲(chǔ)設(shè)備等組成。室外各攝像頭視頻信號(hào)傳輸線路、信號(hào)控制線路上需安裝信號(hào)避雷器。攝像機(jī)通過同軸電纜傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的控制主機(jī)，在視頻線和控制線進(jìn)入光端機(jī)前，在每個(gè)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(hào)避雷器并作良好接地。電源避雷器、信號(hào)避雷器應(yīng)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(dǎo)線盡可能短。控制室內(nèi)所有設(shè)備的交流工作地、安全保護(hù)地、直流地、靜電地等均進(jìn)行等電位連接。

3 結(jié)語

酒店電子監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合、復(fù)雜的工程，本文通過對(duì)電子監(jiān)控系統(tǒng)可能遭受雷擊損害的途徑進(jìn)行了分析，主要結(jié)合接地、分流、屏蔽、等電位連接、過電壓保護(hù)等方面提出了一套比較全面的防雷保護(hù)方案，可供防雷工程參考應(yīng)用。

[1]GB 50057-94，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(2000版)[S］.

[2]GB 50343-2004，建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S］.

[3]GB 50174-93，電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[4]蘇邦禮.雷電與避雷工程[M］.廣州:中山大學(xué)出版社，1996.

[5]陳渭民.雷電原理[M］.北京:氣象出版社，2003.