【安防知識(shí)網(wǎng)】雷電是一種壯觀而又令人恐怖的自然天氣現(xiàn)象。這不僅在于它能發(fā)出劃破長(zhǎng)空的閃光和震耳欲聾的雷鳴，更重要的是它會(huì)對(duì)人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)造成巨大的影響。雷電威脅著人類生命安全，常使建筑、電力、電子、通信和航空、航天等諸多部門遭受嚴(yán)重破壞。隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，由雷擊引起的災(zāi)害事故正呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。到目前為止，雷電作為一種強(qiáng)大自然力的爆發(fā)，尚無法有效地加以制止，人們力所能及的工作是設(shè)法限制雷擊所造成的破壞作用，將雷擊危害減小到盡可能低的限度。長(zhǎng)期以來，關(guān)于雷電防護(hù)的研究，一直是國(guó)內(nèi)外電氣與電磁兼容工作者共同關(guān)注的重要問題。

　　近年來，由于高層建筑的不斷興建和信息處理技術(shù)的日益普及，各種先進(jìn)光電與電子設(shè)備(含視頻監(jiān)控系統(tǒng))正廣泛地配備于各類建筑物中。這些光電與電子設(shè)備普遍存在著絕緣強(qiáng)度低、過電壓和過電流耐受能力差、對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，一旦建筑物受到直接雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊，雷電過電壓、過電流和脈沖電磁場(chǎng)會(huì)通過供電線、通信線、接收天線、金屬管道和空間輻射等途徑侵入建筑物內(nèi)，從而威脅室內(nèi)電子設(shè)備的正常工作和安全運(yùn)行。若防護(hù)不當(dāng)，這些雷害輕則使光電與電子設(shè)備工作失靈，重則使光電與電子設(shè)備永久性損壞，嚴(yán)重時(shí)還可能造成人員傷亡。因此，除高度重視現(xiàn)代建筑防雷設(shè)計(jì)外，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)者來說，還須重視本系統(tǒng)設(shè)備的雷電防護(hù)問題。

　　隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采取切實(shí)有效的防雷保護(hù)措施已是完整監(jiān)控方案的一個(gè)重要部分?？偨Y(jié)在各大廈、路橋收費(fèi)站和監(jiān)獄等有效防雷實(shí)踐，根據(jù)IEC-TC/81的完整防護(hù)體系，對(duì)雷電防護(hù)的環(huán)節(jié)分為以下幾個(gè)方面：即分流(Dividing);傳導(dǎo)(Conduction);均壓(Bonding);接地(Grounding);屏蔽(Shielding)。

　　結(jié)合現(xiàn)代防雷技術(shù)，對(duì)大中型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一般從電源線路保護(hù)、信號(hào)線路保護(hù)和完善接地三個(gè)方面采取措施。本文從雷電過電壓的基本特性入手，從這三方面介紹視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的防雷電措施與安裝。[nextpage]

　　雷電過電壓的基本特性與防雷電措施

　　雷電過電壓的基本特性

　　雷電通過被擊物在其阻抗上產(chǎn)生壓降(直接雷過電壓)和雷電對(duì)設(shè)備附近的地面(或避雷針、線)放電時(shí)所引起的感應(yīng)雷過電壓，統(tǒng)稱為雷電過電壓或大氣過電壓，這種來自大氣層中的雷電是一種強(qiáng)烈的電磁干擾源。產(chǎn)生雷電過電壓的根源是特大雷電流，其特點(diǎn)是幅值極高，最大可達(dá)200kA以上。大多數(shù)低于100kA，其波形多數(shù)為振蕩衰減波，時(shí)間短。雷電流波形的上升沿非常陡直，T1波頭時(shí)間為10μs ，而下降沿相對(duì)緩慢，T2半值時(shí)間為350μs (如圖1所示)。

　　建筑物遭受直接雷擊時(shí)，雷電流將沿建筑物防雷系統(tǒng)中各引下線和接地體匯入大地，在此過程中，雷電流將在防雷系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)高電位，這一暫態(tài)現(xiàn)象稱為暫態(tài)電位抬高。

　　暫態(tài)電位的抬高往往會(huì)對(duì)一些進(jìn)出屏蔽室的電源線或信號(hào)線等線路發(fā)生反擊，如圖2所示。在發(fā)生直接雷擊時(shí)，雷電流流過屏蔽室接地連線的寄生電感和接地電阻后，將產(chǎn)生很高的暫態(tài)壓降，使屏蔽室的暫態(tài)電位被舉高，而來自遠(yuǎn)處的信號(hào)線此時(shí)尚處于零電位，則在小孔處，屏蔽體與信號(hào)線之間將出現(xiàn)很高的電壓。這一高電壓很容易將兩者間氣隙擊穿，使信號(hào)線上也帶上高電位，該電位將會(huì)直接損壞室內(nèi)的電子設(shè)備，它也將沿信號(hào)線傳輸?shù)竭h(yuǎn)處線路終端，侵害終端處的電子設(shè)備。

　　暫態(tài)電位的抬高還會(huì)在鄰近未受雷擊的建筑物內(nèi)引起反擊，雷電流將通過建筑物的防雷系統(tǒng)引下線和接地連線與供水管道等進(jìn)入各建筑物的接地體，使各建筑物的暫態(tài)地電位都抬高，于是在沒有采取暫態(tài)過電壓保護(hù)措施的建筑物中，帶高電位的地線將會(huì)對(duì)其附近的電源線和通訊線發(fā)生反擊，使得與這些線路相連接的電氣或電子設(shè)備受到暫態(tài)高電位的損害。[nextpage]

　　現(xiàn)代建筑物中，大量布設(shè)各種導(dǎo)體線路，如電源線、電視電纜、數(shù)據(jù)通信線和供水及供熱金屬管道等。由于這些線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局錯(cuò)綜復(fù)雜，會(huì)在建筑物內(nèi)部不同空間位置構(gòu)成許多回路。由于這些回路的存在，使建筑物內(nèi)電子設(shè)備遭受雷電危害的機(jī)會(huì)大大增加，因此需要足夠重視。

　　當(dāng)建筑物遭受直接雷擊或建筑物附近發(fā)生雷擊時(shí)，在建筑物防雷系統(tǒng)中流過的暫態(tài)電流或雷電放電通道中的雷電流將在建筑物內(nèi)部空間產(chǎn)生脈沖暫態(tài)磁場(chǎng)，這種快速變化的磁場(chǎng)交鏈這些回路后，將在回路中感應(yīng)出暫態(tài)過電壓，危及與這些回路相端接的電子設(shè)備。

　　據(jù)國(guó)外資料介紹，在一些建筑物稠密的城市區(qū)域，由于各種供電、通信和信號(hào)線路等網(wǎng)絡(luò)盤根錯(cuò)節(jié)，雷電放電可以對(duì)距離雷擊點(diǎn)1公里范圍內(nèi)的電子系統(tǒng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，影響系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

　　由雷擊引起的暫態(tài)過程中，暫態(tài)高電位或過電壓常通過信號(hào)或電源等線路耦合或轉(zhuǎn)移到電子設(shè)備，造成電子設(shè)備損壞。

　　防雷技術(shù)措施

　　雷電過電壓對(duì)信息系統(tǒng)(含視頻監(jiān)控系統(tǒng))的危害是很大的。為了確保信息系統(tǒng)和人身的安全，對(duì)雷電過電壓必須采取相應(yīng)的防雷技術(shù)保護(hù)措施。

　　防雷技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從電力網(wǎng)高壓線路開始，到信息系統(tǒng)直流入口端，除電源系統(tǒng)自身的防雷措施應(yīng)相互協(xié)調(diào)外，還應(yīng)與建筑物防雷、信息系統(tǒng)的防雷、接地設(shè)計(jì)等相互配合，同時(shí)還要兼顧信息系統(tǒng)的電磁兼容的要求。對(duì)信息系統(tǒng)最大的潛在危害是直接雷和感應(yīng)雷，幾年來采取了多種措施以保護(hù)信息系統(tǒng)免受雷電的干擾和破壞，越來越多的工程采用避雷器以實(shí)現(xiàn)有效的電磁兼容保護(hù)方案?？傊?，對(duì)雷電過電壓抑制必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程進(jìn)行綜合考慮，采取“整體防御、層層設(shè)防、多級(jí)保護(hù)”，從而組成一個(gè)有效的防雷系統(tǒng)。只有這樣，才能達(dá)到良好的保護(hù)效果。防雷技術(shù)措施包括建筑物外部防雷和建筑物內(nèi)部防雷。

　　1、建筑物外部防雷技術(shù)措施

　　該技術(shù)措施是在建筑物上安裝避雷針、避雷帶(線)、消雷器、引下線和接地系統(tǒng)等，以防直接雷。

　　2、建筑物內(nèi)部防雷技術(shù)措施

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%的雷擊事故是由于感應(yīng)雷(間接雷)或雷電侵入建筑物內(nèi)而引起的。內(nèi)部防雷技術(shù)措施可以抑制和吸收感應(yīng)雷的干擾。該技術(shù)措施有：等電位連接、屏蔽、合理布線、接地、濾波器、避雷器等。

       電源系統(tǒng)防雷

　　經(jīng)過防雷分區(qū)后，電源線分為三級(jí)保護(hù)。

　　第一級(jí)電源防雷

　　第一級(jí)電源防雷的作用是防止直接雷擊和強(qiáng)的感應(yīng)雷。選擇第一級(jí)電源防雷器，可以采用間隙放電類型的大容量避雷器，一般要求雷電通流容量大于60kA(10/350測(cè)試波形)，具備阻燃特性，在變態(tài)器低壓側(cè)(配電框)的每一條L、N線對(duì)地并聯(lián)安裝，可采用德國(guó)DEHN的總電源避雷器DEHNport，或一些性能較高的組合型避雷器箱，如威雷寶RAINBOW系列避雷器的ROWER-FR防雷箱。對(duì)于TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，避雷器的配置和安裝線路也有所區(qū)別(安裝線路圖如圖3所示)。

　　第二級(jí)電源防雷

　　第二級(jí)電源防雷的作用是防護(hù)局部感應(yīng)雷擊和開關(guān)浪涌。對(duì)應(yīng)于第一級(jí)防雷器，第二級(jí)電源防護(hù)的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快(達(dá)到25ns的器件級(jí))和低的殘壓。經(jīng)過第二級(jí)避雷器以后，線路感應(yīng)雷電流部分反射和入地，殘壓應(yīng)降低至1000V數(shù)量級(jí)，對(duì)監(jiān)控中心機(jī)房或分布有監(jiān)控器材的樓層，已經(jīng)不具備大的破壞性。

　　監(jiān)控中心機(jī)房和各露天分散的監(jiān)控點(diǎn)屬于第二級(jí)避雷重點(diǎn)防護(hù)位置，應(yīng)確保其在雷雨季節(jié)的安全，選用單線模塊型避雷器單元，可根據(jù)線路情況靈活配置避雷器的型號(hào)、數(shù)量，使防雷效果和投資兼顧。常用的模塊有德國(guó)DEHN的DEHNguard、威雷寶的POWER-MA型模塊避雷器，電壓保護(hù)級(jí)別在5kA(8/20測(cè)試波形)時(shí)一般不超過1.25kV ，雷電通流量最大可達(dá)40kA。

　　當(dāng)?shù)谝患?jí)與第二級(jí)之間的線距較近時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)耐笋钇骷?，以使各?jí)避雷器的能量配合與響應(yīng)速度等達(dá)到匹配。

　　第三級(jí)電源防雷

　　其作用是精細(xì)保護(hù)重要設(shè)備。當(dāng)設(shè)備機(jī)房有需要精細(xì)保護(hù)的重要設(shè)備時(shí)，可以考慮為這些抗過壓能力較弱的敏感電子設(shè)備增加第三級(jí)精細(xì)防護(hù)，可以進(jìn)一步將可能到達(dá)設(shè)備端的尖峰電壓衰減，同時(shí)濾除電噪聲。此級(jí)可供選用的防雷器種類很多，典型的有DEHN的DEHNrail系列低壓避雷器。有的質(zhì)量較好的防雷專用插座也具備第三級(jí)的防雷效能，應(yīng)視其測(cè)試參數(shù)和實(shí)際的高低壓工藝性能靈活選用。

　　總之，在電源輸入端一定要加裝電源避雷器，因?yàn)槔纂姏_擊波能量很容易從供電線路侵入并損壞電源設(shè)備，甚至進(jìn)而損壞整個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)。對(duì)雷害事故分析也表明在雷害事故中約70%-80%是從供電線路進(jìn)入的，所以電源線路防雷是電子設(shè)備乃至整個(gè)系統(tǒng)防雷的最重要環(huán)節(jié)。[nextpage]

　　信號(hào)系統(tǒng)防雷

　　監(jiān)控系統(tǒng)的低壓信號(hào)分布較廣，一般應(yīng)當(dāng)對(duì)不同的信號(hào)線路配置相應(yīng)的避雷器。大量的視頻信號(hào)線路是防護(hù)的重點(diǎn)，而低電壓的線路(如云臺(tái)控制線、編解碼器信號(hào)線、低壓電源線路)一般內(nèi)阻較低，應(yīng)采用低壓快速響應(yīng)類型的氧化鋅避雷器或半導(dǎo)體多路控制線路避雷器即可。這里主要介紹視頻線路避雷器的使用。

　　國(guó)內(nèi)流行的視頻避雷器大多采用粗細(xì)保護(hù)合二為一的類型。對(duì)于各種模擬信號(hào)攝像機(jī)來說，75ΩBNC接頭的避雷器是最安全方便的選擇。暴露在戶外的攝像機(jī)，最易遭受信號(hào)線路的感應(yīng)雷擊損壞。安裝于攝像機(jī)視頻輸出端口的BNC接口避雷器采用ps(10-12秒)級(jí)別響應(yīng)速度的耐沖擊器件，可以將端口的感應(yīng)殘余電壓降低到幾十伏，沖擊波能量衰減至較低的水平。

　　威雷寶視頻專用避雷器RB/BNC-VIDEO(見表1)體積小巧(60×26×26 mm)，可靈活安裝于防塵罩內(nèi)，且在較高的工作頻率下對(duì)信號(hào)影響極小。當(dāng)應(yīng)用于保護(hù)系統(tǒng)控制部分如圖像矩陣、分割器等多路信號(hào)集中的情況時(shí)，需將多路避雷器組合使用，達(dá)到方便布線和真正有效地防雷。

　　RB/BNC-VIDEOa/b/c是針對(duì)保護(hù)視頻傳輸系統(tǒng)和電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，它采用BNC連接方式，適用于與攝像頭、視頻圖像分配、切換、畫面分割、錄象機(jī)、監(jiān)視器等視頻設(shè)備的連接(如圖4所示)。有G標(biāo)志的是保護(hù)器的接地連接，應(yīng)使其可靠接地，方可保證其防雷效果。

　　RB/BNC-VIDEO4/8/24分別是4路、8路、24路視頻信號(hào)避雷器，它是在RB/BNC-VIDEO6基礎(chǔ)上，使多路信號(hào)保護(hù)整合而成，方便多路信號(hào)集中的視頻設(shè)備使用。每個(gè)終端解碼器與矩陣主機(jī)的連線上串連信號(hào)避雷器，特別使用室外終端解碼器時(shí)，須采用避雷器，加裝避雷器時(shí)每路要加裝二個(gè)，分別靠近主機(jī)和解碼器處。

　　在使用室外攝像機(jī)時(shí)，在每個(gè)室外攝像機(jī)與矩陣主機(jī)的視頻線上串接電視攝像頭避雷器，在靠近矩陣主機(jī)和靠近攝像機(jī)的地方分別安裝一個(gè)避雷器。

　　對(duì)于多媒體計(jì)算機(jī)與控制鍵盤，考慮與主機(jī)的距離不太遠(yuǎn)可不加裝避雷器，但若它們與主機(jī)的距離較遠(yuǎn)，則應(yīng)加裝避雷器保護(hù)。

　　安裝注意的是：接地傳導(dǎo)體必須與用電器外殼地端連接，避雷器接地連接線(有G標(biāo)志)在保證可靠接地時(shí)，應(yīng)盡可能縮短其接線長(zhǎng)度;信號(hào)保護(hù)接地與雷擊引下線接地系統(tǒng)相互獨(dú)立，則安裝本產(chǎn)品無需改變?cè)到y(tǒng)接地布置方式(一點(diǎn)接地);有G標(biāo)志的黑色引線與保護(hù)地可靠連接，然后將避雷器的“IN”端與信號(hào)傳輸線連接，“OUT”端與需要保護(hù)的設(shè)備連接即可發(fā)揮其保護(hù)作用。

　　公共天線系統(tǒng)及其設(shè)備接收都是室外感應(yīng)雷電脈沖串入設(shè)備的主要途徑。TV-F是公用天線系統(tǒng)干線型避雷器，帶F接頭和轉(zhuǎn)接線;RB/TV-RF是家用型電視接收天線插座用，有RF接頭和轉(zhuǎn)接線，直接安裝于電視機(jī)信號(hào)輸入端即可(如圖4所示)。[nextpage]

　　線路屏蔽和外部防雷接地系統(tǒng)

　　關(guān)于線路屏蔽和防雷接地應(yīng)遵循下列幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行：

　　· 從最佳防雷效果的角度來講，所有信號(hào)線路最好能套金屬線槽、線管，并將屏蔽線槽良好接地;

　　· 監(jiān)控系統(tǒng)整個(gè)布線范圍應(yīng)處于該系統(tǒng)所在位置避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)。如果有較分散的攝像機(jī)可能受到直接雷擊，應(yīng)當(dāng)首先對(duì)其防直接雷擊系統(tǒng)進(jìn)行改造完善后，再進(jìn)一步對(duì)其實(shí)施防感應(yīng)雷方案;

　　· 監(jiān)控系統(tǒng)接地一般采用聯(lián)合接地方式，即將各種地線(防雷地、交流工作地、避雷器保護(hù)地等)連接到同一地網(wǎng)上，以防止各種可能的地電位反擊。如果有條件設(shè)置專用保護(hù)接地，能進(jìn)一步防止交流工頻干擾，但一定要將專用接地和防雷接地之間設(shè)置間隙型共地連接器;

　　· 接地電阻越小越好，一般要求小于4Ω。

　　結(jié)語(yǔ)

　　由上看出，雖雷電尚無法有效地加以制止，但針對(duì)它造成危害的途徑，根據(jù)IEC-TC/81的完整防護(hù)體系，對(duì)雷電防護(hù)的環(huán)節(jié)可采用分流、傳導(dǎo)、均壓、接地、屏蔽的方法。結(jié)合現(xiàn)代防雷技術(shù)，對(duì)于大中型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可從電源線路保護(hù)、信號(hào)線路保護(hù)和完善接地等方面采取措施，即可限制雷擊所造成的破壞作用，將雷擊的危害減小到盡可能低的限度，從而保障安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。