高文華

西石門鐵礦室外監(jiān)控設(shè)施防雷及系統(tǒng)升級改造

高文華

高文華

五礦邯邢礦業(yè)有限公司西石門鐵礦

高文華（1968-）男，河北邯鄲，漢，本科，電氣工程師 研究方向：電氣應(yīng)用。

西石門鐵礦監(jiān)控設(shè)施于2000年開始在重點部位進(jìn)行監(jiān)控設(shè)施建設(shè)，后監(jiān)控區(qū)域范圍逐步擴(kuò)大，于2005年將各單獨(dú)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行組網(wǎng)，形成現(xiàn)在覆蓋全礦的生產(chǎn)系統(tǒng)、生活區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)存在先期投入建設(shè)的設(shè)施型號多，設(shè)備老化，性能低，夏季惡劣天氣雷擊故障率高，不能滿足正常運(yùn)行。2005年后新建設(shè)的監(jiān)控設(shè)施性能高，效果好，增加了防雷裝置，效果明顯。

針對整個監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過論證和經(jīng)濟(jì)分析，制定了西石門鐵礦室外監(jiān)控設(shè)施防雷及系統(tǒng)升級改造方案。

1 監(jiān)控設(shè)施防雷的意義及改造方案概述

室外監(jiān)控設(shè)施防雷的意義

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)、生活需要，監(jiān)控設(shè)施遍布我們生活的每個角落。在雷雨天氣高發(fā)期內(nèi)，頻繁的雷雨天氣所帶來的雷電襲擊事故已嚴(yán)重影響到監(jiān)控設(shè)施的正常運(yùn)行。由此產(chǎn)生的間接損失和嚴(yán)重后果更是難以估量。為確保監(jiān)控設(shè)備正常的運(yùn)行，應(yīng)采取良好的防雷措施。

室外監(jiān)控設(shè)施防雷系統(tǒng)升級改造方案概述

監(jiān)控系統(tǒng)一般都由前端部分、傳輸部分、終端部分組成。針對不同部位設(shè)施特點，制定不同防雷方案，并安裝相應(yīng)設(shè)施進(jìn)行防雷。同時對2000年至2005年建設(shè)的設(shè)施前端部分、終端部分設(shè)備進(jìn)行更換。

2 本次改造的主要內(nèi)容

雷擊分類

直擊雷：直擊雷是指雷云與大地上某一點之間發(fā)生迅猛放電現(xiàn)象。雷云與地面或物體之間可視為巨大電容器。由于電場強(qiáng)度可達(dá)35kV/cm以上，瞬間放電，能量巨大，對監(jiān)控設(shè)施的危害是毀滅性的。

感應(yīng)雷：是指雷電放電過程中，雷云中的電荷及強(qiáng)大的脈沖電流，對周圍導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)雷云接近監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路時，形成磁場，磁場能使附近的監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路感應(yīng)出很高的電壓，造成監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路的損壞。

雷電侵入波：監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號傳輸線、或進(jìn)入監(jiān)控室的其它金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時，雷電波沿這些金屬導(dǎo)線/導(dǎo)體侵入設(shè)備，導(dǎo)致高電位差使設(shè)備損壞。

前段電源設(shè)備防雷改造方案

前段設(shè)備組成與雷擊事故分析

前端部分主要由傳輸器、電源、攝像機(jī)、云臺、防護(hù)罩、支架、解碼器、光纖收發(fā)器、視頻光端機(jī)等組成。目前使用的前段電源設(shè)備，主要的型號是安尼數(shù)字（SANNCE）12V/2A電源模塊，其中2010年后安裝建設(shè)的監(jiān)控供電電源模塊加裝了浪涌保護(hù)器進(jìn)行防雷。

雷擊事故由于分析：根據(jù)現(xiàn)場設(shè)施的損壞情況分析，損壞設(shè)施主要是：攝像頭和電源。遭受雷擊原因主要是由感應(yīng)雷和雷電侵入波造成。由于監(jiān)控設(shè)施的安裝位置原因，直擊雷在我礦室外監(jiān)控設(shè)施沒有出現(xiàn)過。

防雷措施

（1）選擇合適安裝位置

攝像頭應(yīng)在避雷針或其它接閃導(dǎo)體有效保護(hù)范圍之內(nèi)安裝，且距避雷針要有3～4米的距離，可防直擊雷。

（2）對線纜進(jìn)行屏蔽

為防止感應(yīng)雷，攝像機(jī)電源線和信號線應(yīng)穿在金屬管內(nèi)以達(dá)到屏蔽作用，同時屏蔽金屬管的兩端均應(yīng)接地。

（3）增加限壓保護(hù)

另外，雷電感應(yīng)電動勢是一種高頻交變電壓，位置等效在線纜中間。根據(jù)這個特征，感應(yīng)雷的防護(hù)基本做法是對設(shè)備輸入輸出口設(shè)置“限壓保護(hù)電路”。

傳輸設(shè)備的防雷改造方案

傳輸設(shè)施組成與雷擊事故分析

先期建設(shè)安裝的傳輸部分：主要使用電纜、電線采取架空、地埋或沿墻敷設(shè)等方式傳輸視頻、音頻或控制信號等。此次將傳輸部分改為光纖傳輸。光纜主要有金屬鎧裝層、加強(qiáng)芯，它們有的是金屬導(dǎo)體。

光纖雷擊分析：根據(jù)光纜事故和光纜的結(jié)構(gòu)特點，當(dāng)雷擊金屬構(gòu)件時，會感應(yīng)出交流電或浪涌電流，破壞線路設(shè)備。光纜線路受雷擊種類包括：①金屬護(hù)套、加強(qiáng)芯或銅線對地絕緣較低的光纜。②地形突變、土壤電阻率變化較大的地帶。③光纜與單棵大樹或高聳建筑物隔距不夠時。

防雷措施

通過對幾例光纜雷擊故障的分析，對架空光纜線路主要考慮兩方面屏蔽和接地。

首先，關(guān)于架空光纜正常敷設(shè)時，要對光纖的外皮進(jìn)行可靠接地，對中間有接續(xù)盒的連接時要對加強(qiáng)芯和外皮都要進(jìn)行可靠電氣接的，對架空線路過長的要在適當(dāng)?shù)攸c進(jìn)行電氣接的。同時接地電阻要求小于4Ω。

其次，關(guān)于敷設(shè)埋地光纜線路時，要確保光纜在熔接時，在接續(xù)盒內(nèi)要對金屬絲和屏蔽層要做可靠的電氣連接。同時接地電阻要求小于4Ω。

終端電源設(shè)備防雷改造方案

終端設(shè)備組成與雷擊事故分析

監(jiān)控系統(tǒng)終端部分主要由畫面分割器、監(jiān)視器、控制設(shè)備、錄像存儲設(shè)備等組成。

雷擊事故原因分析：

因監(jiān)控機(jī)房外部都有可靠的防雷。根據(jù)每年機(jī)房雷擊設(shè)備的損壞統(tǒng)計分析，損壞設(shè)備主要是：視頻光端機(jī)、傳輸器。從損壞設(shè)備分析狀況，主要是遭受感應(yīng)雷擊造成的。表現(xiàn)為兩種形式，一是通過電源侵入燒壞視頻光端機(jī)或傳輸器供電模塊。二是感應(yīng)雷通過信號線纜侵入損壞視頻光端機(jī)或傳輸器主板電路。

采取措施：

1.電源防雷

機(jī)房電源采用三級防雷，第一級采用整套電源防雷器，并聯(lián)安裝在機(jī)房低壓配電柜上。第二級防雷采用限壓型防雷器（三相的電源需采用AM2-20/3+NPE），并聯(lián)安裝在UPS進(jìn)線端。第二級防雷采用電源防雷插座，串聯(lián)安裝在機(jī)房用電設(shè)備的前端。

2.線纜防雷

監(jiān)控機(jī)房通訊線路輸入、輸出均采用光纖進(jìn)、出；防雷按傳輸設(shè)施防雷處置，在輸入、輸出側(cè)加裝了雷擊熔斷器進(jìn)行防雷。

3.設(shè)置可靠防雷接地系統(tǒng)

現(xiàn)在機(jī)房內(nèi)大多都是精密的電子元件，很容易被擊穿。因此做好防靜電、等電位連接意義重大，而防雷接地系統(tǒng)是防雷的核心。所有的靜電、雷電流都要經(jīng)過接地系統(tǒng)泄放到大地。簡單的防靜電、等電位連接工程不能代表接地系統(tǒng)。接地系統(tǒng)，通常使用的材料分為垂直接地材料和水平連接體。用電焊或者熱熔焊接方式使垂直接地材料和水平接地材料連在一起形成一個接地系統(tǒng)。

3 改造后效果分析

改造前后故障率費(fèi)用及統(tǒng)計分析

改造前三年平均故障率為23.6％；改造后攝像頭兩年平均故障率為8.4％。故障率下降15.2％。

改造前三年電源年平均損壞28個；改造后攝像頭兩年平均故障率為13個。年平均下降了53.6％。

改造前三年硬盤錄像機(jī)年平均損壞8臺；改造后攝像頭兩年平均損壞2臺。年平均下降了75％。

根據(jù)財務(wù)統(tǒng)計，改造前三年維護(hù)、維修費(fèi)用年平均22.65萬元；改造后兩年維護(hù)、維修費(fèi)用年平均為12.62萬元；下降了44.3％。

4 結(jié)語

西石門鐵礦室外監(jiān)控設(shè)施防雷及系統(tǒng)升級改造，經(jīng)過2013年和2014年的運(yùn)行，整個監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，主要設(shè)施故障率較改造前均大幅下降，維護(hù)、維修費(fèi)用下降了44.3％，效果非常明顯。此次改造從系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、日常維護(hù)費(fèi)用上都非常成功。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.056