隨著社會的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在社會生活中發(fā)揮的作用越來越重要。顯然，在維護社會公共安全的同時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)自身的安全性也變成一個重要的課題。

    在眾多造成過電壓的原因中，雷電比較典型，這不但是由于它的不確定性和無預測性，還由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性質。監(jiān)控系統(tǒng)通常分為前端部分也就是視頻采集部分、信號傳輸部分和后端控制與存儲顯示部分，而后端部分通常在建筑物內部，由于建筑物本身具有防雷保護，所以后端設備遭受雷害的概率不大，而前端部分和信號傳輸部分一般安裝在室外，甚至野外，這些設備遭受雷害的概率就相當大了。顯然，一旦前端部分和信號傳輸部分被雷電破壞，整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)就會失去作用，后果不堪設想。如果前端設備分布較分散，用戶的維護成本也將急劇上升，而造成不必要的開支。

    鑒于此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中前端設備的防雷才顯得尤為重要。設備防雷做的好，不但使工程質量上一個檔次，更重要的是，也切實為用戶最大限度地節(jié)省了維護成本，也使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮了應有的作用，可謂一舉三得。

    因此，本文對視頻監(jiān)控系統(tǒng)中前端設備的防雷做一個初步的探討，供讀者參考。

雷害的種類
    在探討設備防雷之前，有必要了解雷害的種類，這樣才能有的放矢，從而采取有針對性的措施更好地對前端設備進行防雷保護。

直擊雷
    直擊雷是指雷電直接擊中物體或人員，造成物體損壞或者人員傷亡。首先要明確的是，雷電所造成危害的根本不在于高電壓，而在于擊中對象時，通過對象的大電流。聯(lián)系現(xiàn)實生活，不少建筑圍墻上都會有電子圍欄，這些電子圍欄的電壓非常高，但是一旦人觸及，流過人體的電流卻非常小，會使人產生不適感，但卻不會對人造成實質的傷害。電的一個重要的特點就是分流，流過物體的電流大小和其阻抗大小成反比，也就是說電流的大部分都會通過阻抗較小的路徑。這個特點決定了直擊雷的放電路徑，也就是雷電直擊的點（如圖1所示）。

    圖1描述的情況，形象地反應出上述特征。因為雷云和甲之間的距離A小于雷云和乙之間的距離B，所以對雷云來說，和甲之間的阻值顯然小于和乙之間的阻值，雷電會擊穿甲處濕潤的空氣，優(yōu)先在甲處放電。由于人員甲與大地構成了電流回路，使極大的電流通過甲，造成甲的傷亡，而乙卻不會被雷擊，當然這是個很極端的例子。當時如果大地上還有個高度明顯高于甲的建筑物，雷電會優(yōu)先擊穿建筑物上空的空氣，在建筑物上放電而對甲乙兩人都起到保護作用，這就是避雷針的原理。這個例子其實也說明了，為什么在空曠的空地上，雷雨天氣是非常危險的，由于周圍沒有比人高的物體，那么人體離雷云的距離小于地面離雷云的距離，雷云放電會優(yōu)先從人體經過，人因此遭到雷擊。話說回來，如果人體周圍有更高的物體，那么那個物體受到雷擊的概率就大于人了?？偠灾?，直擊雷造成的危害是由于雷擊時流過對象的大電流，而非雷云的大電壓。回到監(jiān)控系統(tǒng)，直擊雷可能直接擊中露天曠野中的攝像機，也可能擊中架空的傳輸線纜，放電時造成的大電流會直接造成設備毀壞，通常這種損壞是十分嚴重的。[nextpage]

雷電感應
    雷電感應其實又分為兩種，其一是電磁感應，當直擊雷流過物體放電時，雷擊通道周圍會出現(xiàn)相當大的瞬變電磁場，處在電磁場中的監(jiān)控設備和傳輸線纜都會感應出較大的電動勢，造成設備損壞。其二就是靜電感應，當有帶電的雷云出現(xiàn)時，雷云下面的建筑物和線纜就會感應出大量和雷云極性相反的束縛電荷，這種束縛電荷在低壓架空線路上可達100KV的靜電電位，在信號線路上可達60KV的靜電電位，一旦雷云放電后，束縛電荷失去束縛而迅速擴散，就會引起感應雷擊。

    電磁感應和靜電感應引起的雷擊就是通常所說的感應雷擊，也叫二次雷擊，雖然其對設備不會造成猛烈的損害，但是發(fā)生的概率要大的多。尤其以傳輸線纜的感應雷擊為甚，一旦雷云放電，傳輸線纜上累積的大量感應電荷就會對線纜兩端的設備造成很大的沖擊，使設備損壞。感應雷對監(jiān)控系統(tǒng)的危害要占到所有雷害的八成以上，所以，感應雷防護將是前端防雷工作的重點。

地電位反擊
    當直擊雷防護裝置把強大的雷電流引導入大地時，其引下線，接地體以及與其相連的金屬物體上會產生相當高的瞬間電壓，這個高電壓會對離他們很近但是又沒有直接接觸的金屬物體、線纜、人體或者設備之間產生巨大的電位差，這個電位差引起的電擊就是地電位反擊。雨天，空曠的原野上，人最好不要站在大樹下面就是這個道理，樹比人高，會優(yōu)先引雷，但是，樹在引導雷電流傾瀉入大地時，本身產生瞬間高電位，會對站在樹邊的人體產生地電位反擊，造成人的觸電。在監(jiān)控系統(tǒng)中，需要注意的就是在直擊雷引下線和接地體附近不要安裝儀器設備，以防地電位反擊。

如何做前端設備的防雷
    了解了雷害的種類和原理后，就可以采取針對性的措施來保護前端設備。

直擊雷防護
    上文在講述直擊雷造成傷害的原理時，其實已經提到了如何防護直擊雷，簡單的說，就是用比較高的物體優(yōu)先引導雷云放電，從而保護周圍的設備。防護直擊雷的設備都很熟悉，就是接閃器，最常見的接閃器是避雷針。避雷針確切的說是引雷針，它把雷電引到自身而避免雷電流流過需要保護的設備，從而實現(xiàn)保護。監(jiān)控前端設備，比如攝像機，尤其是野外置于立桿頂部的攝像機，都應該置于接閃器保護范圍之內，對于已經處于其它接閃器或建筑物接閃器的保護范圍之內的攝像機，可以不用另加接閃器，但對于未處于其它接閃器保護范圍之內的前端設備，均應考慮安裝接閃器即避雷針。一般來說，對于前端設備，不會另外設置獨立的避雷針，而是把避雷針做在攝像機的立桿之上，引下線可以用直徑8cm的圓鋼，也可以利用立桿本身，避雷針的防護原理如圖2。

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    由圖2可以看出，如果立桿上安裝了避雷針，雷電就會直接通過避雷針流過立桿傾瀉入大地，而不會通過攝像機，顯然，電流會走阻抗較小的路徑，如果避雷針加立桿的接地電阻足夠的小，那么電流的絕大多數都將流過避雷針和立桿，而只有極小的部分會流過攝像機，如果攝像機加立桿的阻抗遠大于避雷針加立桿的阻抗，那么流過攝像機的電流就可以忽略不計（圖3是實際施工中的照片）。

    需要注意的是，沿桿子引上的視頻線和電源線要穿金屬管敷設，金屬管應可靠接地，這主要是為了防止立桿引導雷電流時對設備的視頻造成電磁干擾。而對于傳輸部分來說，傳輸線纜盡可能的不要架空敷設，最好是穿金屬管埋地敷設，金屬管兩端要可靠接地。

感應雷防護
    感應雷發(fā)生的概率最大，所以也是防雷工作中的重點。前文說過，感應雷主要是由于雷云在傳輸線路上感應出大量靜電電荷，一旦雷云放電，感應電荷失去束縛，沿著傳輸線路向兩邊傳遞，便會造成傳輸線路兩端設備的損壞。

    在實際工程中，對感應雷的防護主要借助電源視頻數據三合一防雷器來完成。對于一個可控前端比如一體化快球來說，球機里會引出3種線纜，分別是電源線，視頻線和控制線。如果球機安裝在室外，那么這3種線纜上都有可能成為感應雷的發(fā)生源頭，這3種線纜的另一段一般就是球機立桿附近地面箱中的光端機，所以一旦出現(xiàn)感應雷，線纜兩端的設備即球機和光端機都有可能損壞。

    在探討這個問題之前，先以視頻防雷器為例了解一下防雷器的工作原理。視頻信號的防雷概念比較簡單，但是由于實際操作中的疏忽，不但不能起到防雷的效果，還會導致防雷器本身的損壞。目前市場上大部分的信號防雷器分為兩級：第一級是粗保護，一般采用氣體放電管作為保護器件；第二級是細保護，一般采用TVS二極管作為保護器件（如圖4）。

    既然分前后兩級，那么防雷器必然分進出端，TVS的流通能力非常有限，一旦把防雷器前后級接反，如果浪涌電壓過來，TVS二極管極易被擊穿，造成防雷器的損壞。對于信號和電源防雷器是同樣的道理，有一點非常重要，防雷器如非特殊說明，一定是分進出端口的，進口一般標示“IN”，而出口一般標示“OUT”，IN 端也叫浪涌端或遠端，OUT端也叫保護端或近端。顧名思義，IN端一定用來接容易引入雷電過電壓的那一端，而OUT端則接需要保護的設備一端。簡而言之，需要保護哪端，OUT端就接哪端。[nextpage]

    目前單獨的信號、視頻或者電源的防雷器并不多見，生產廠商為了簡化設備種類和方便實際使用，制造的多是視頻控制電源三合一的防雷器（如圖5所示，請注意設備兩端的IN和OUT標識）。

    如果監(jiān)控前端是由一個一體化球機和一個光端機的發(fā)射機構成，那么如何正確的做防雷才能實現(xiàn)最好的防護效果呢（如圖6所示）？

    圖6為正確使用三合一防雷器的示意圖。在線路中一共使用了2個三合一防雷器，2個防雷器的OUT端口分別接向球機和光端機，而IN端則接向兩者之間的線路。在這個系統(tǒng)中，球機和光端機之間的線纜無疑在雷電發(fā)生時將成為感應電荷積累的場所，一旦雷云放電，這些電荷必將脫離雷云的束縛向電纜2端迅速傾瀉，如果沒有防雷器，球機和光端機都將受到損壞。如今使用了2個防雷器，并正確安裝，就有效地保護了線纜2端的設備。

    在不少現(xiàn)場，在球機和光端機之間只安裝了一個防雷器，如果這樣安裝，一旦打雷，必然有一端的設備會很容易受到感應雷的沖擊，這點應引起重視。還有一點要特別注意，防雷器的接地端一定要就近可靠接地，接地電阻不應大于4歐姆。

    上述防雷做法在實際操作中還有一些細節(jié)問題值得注意：首先，防雷器的OUT端口應該離被保護的設備多遠？一般說來，防雷器要盡量靠近被保護設備，被保護設備至防雷器的連接線纜不得大于10米，如果超過10米，應酌情考慮增加避雷器；然后，防雷器的接地線的長度問題。防雷器的接地線應就近和接地體可靠連接，接地線長度盡量不超過0.5米，使接地電阻盡可能降到最小。

    最后需要特別強調的是，防雷工作的最終效果取決于接地。無論是防直擊雷的避雷針還是防感應雷的三合一防雷器，防雷設備的接地一定要可靠，同時接地電阻小于4歐姆。防雷的根本在于雷電發(fā)生時，防雷設備把雷電流迅速導向大地，如果不接地或者接地電阻過大，防雷效果將大打折扣，甚至完全不起作用。

結語
    工程中的防雷問題具有相當的復雜性和綜合性，本文僅對雷害產生的原理和視頻監(jiān)控系統(tǒng)中前端設備防雷工作的具體做法提出了一些有限的看法和經驗，希望能對讀者在工程實踐中的具體操作提供有益的幫助和借鑒。同時拋磚引玉，期待行業(yè)內的朋友們能提出和推廣更加合理、完善的防雷方案，以更好地解決工程中的雷電防護問題，為社會公共安全防范事業(yè)貢獻力量。（本文作者：鄭寅暉現(xiàn)任職于深圳英飛拓科技股份有限公司）