隨著社會(huì)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(huì)生活中發(fā)揮的作用越來越重要。顯然，在維護(hù)社會(huì)公共安全的同時(shí)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)自身的安全性也變成一個(gè)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(yù)測(cè)性，還由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性質(zhì)。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(hào)傳輸部分和后端控制與存儲(chǔ)顯示部分，而后端部分通常在建筑物內(nèi)部，由于建筑物本身具有防雷保護(hù)，所以后端設(shè)備遭受雷害的概率不大，而前端部分和信號(hào)傳輸部分一般安裝在室外，甚至野外，這些設(shè)備遭受雷害的概率就相當(dāng)大了。顯然，一旦前端部分和信號(hào)傳輸部分被雷電破壞，整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)失去作用，后果不堪設(shè)想。如果前端設(shè)備分布較分散，用戶的維護(hù)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(shè)備的防雷才顯得尤為重要。設(shè)備防雷做的好，不但使工程質(zhì)量上一個(gè)檔次，更重要的是，也切實(shí)為用戶最大限度地節(jié)省了維護(hù)成本，也使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮了應(yīng)有的作用，可謂一舉三得。

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

雷害的種類
    在探討設(shè)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(duì)性的措施更好地對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)。

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(duì)象時(shí)，通過對(duì)象的大電流。聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，不少建筑圍墻上都會(huì)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(huì)使人產(chǎn)生不適感，但卻不會(huì)對(duì)人造成實(shí)質(zhì)的傷害。電的一個(gè)重要的特點(diǎn)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(huì)通過阻抗較小的路徑。這個(gè)特點(diǎn)決定了直擊雷的放電路徑，也就是雷電直擊的點(diǎn)（如圖1所示）。

    圖1描述的情況，形象地反應(yīng)出上述特征。因?yàn)槔自坪图字g的距離A小于雷云和乙之間的距離B，所以對(duì)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(huì)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(gòu)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(huì)被雷擊，當(dāng)然這是個(gè)很極端的例子。當(dāng)時(shí)如果大地上還有個(gè)高度明顯高于甲的建筑物，雷電會(huì)優(yōu)先擊穿建筑物上空的空氣，在建筑物上放電而對(duì)甲乙兩人都起到保護(hù)作用，這就是避雷針的原理。這個(gè)例子其實(shí)也說明了，為什么在空曠的空地上，雷雨天氣是非常危險(xiǎn)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(huì)優(yōu)先從人體經(jīng)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(gè)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(shí)流過對(duì)象的大電流，而非雷云的大電壓?；氐奖O(jiān)控系統(tǒng)，直擊雷可能直接擊中露天曠野中的攝像機(jī)，也可能擊中架空的傳輸線纜，放電時(shí)造成的大電流會(huì)直接造成設(shè)備毀壞，通常這種損壞是十分嚴(yán)重的。[nextpage]

雷電感應(yīng)
    雷電感應(yīng)其實(shí)又分為兩種，其一是電磁感應(yīng)，當(dāng)直擊雷流過物體放電時(shí)，雷擊通道周圍會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的瞬變電磁場(chǎng)，處在電磁場(chǎng)中的監(jiān)控設(shè)備和傳輸線纜都會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，造成設(shè)備損壞。其二就是靜電感應(yīng)，當(dāng)有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，雷云下面的建筑物和線纜就會(huì)感應(yīng)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(dá)100KV的靜電電位，在信號(hào)線路上可達(dá)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(kuò)散，就會(huì)引起感應(yīng)雷擊。

    電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)引起的雷擊就是通常所說的感應(yīng)雷擊，也叫二次雷擊，雖然其對(duì)設(shè)備不會(huì)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(yīng)雷擊為甚，一旦雷云放電，傳輸線纜上累積的大量感應(yīng)電荷就會(huì)對(duì)線纜兩端的設(shè)備造成很大的沖擊，使設(shè)備損壞。感應(yīng)雷對(duì)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(yīng)雷防護(hù)將是前端防雷工作的重點(diǎn)。

地電位反擊
    當(dāng)直擊雷防護(hù)裝置把強(qiáng)大的雷電流引導(dǎo)入大地時(shí)，其引下線，接地體以及與其相連的金屬物體上會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的瞬間電壓，這個(gè)高電壓會(huì)對(duì)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(shè)備之間產(chǎn)生巨大的電位差，這個(gè)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(gè)道理，樹比人高，會(huì)優(yōu)先引雷，但是，樹在引導(dǎo)雷電流傾瀉入大地時(shí)，本身產(chǎn)生瞬間高電位，會(huì)對(duì)站在樹邊的人體產(chǎn)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(shè)備，以防地電位反擊。

如何做前端設(shè)備的防雷
    了解了雷害的種類和原理后，就可以采取針對(duì)性的措施來保護(hù)前端設(shè)備。

直擊雷防護(hù)
    上文在講述直擊雷造成傷害的原理時(shí)，其實(shí)已經(jīng)提到了如何防護(hù)直擊雷，簡(jiǎn)單的說，就是用比較高的物體優(yōu)先引導(dǎo)雷云放電，從而保護(hù)周圍的設(shè)備。防護(hù)直擊雷的設(shè)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(hù)的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。監(jiān)控前端設(shè)備，比如攝像機(jī)，尤其是野外置于立桿頂部的攝像機(jī)，都應(yīng)該置于接閃器保護(hù)范圍之內(nèi)，對(duì)于已經(jīng)處于其它接閃器或建筑物接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)的攝像機(jī)，可以不用另加接閃器，但對(duì)于未處于其它接閃器保護(hù)范圍之內(nèi)的前端設(shè)備，均應(yīng)考慮安裝接閃器即避雷針。一般來說，對(duì)于前端設(shè)備，不會(huì)另外設(shè)置獨(dú)立的避雷針，而是把避雷針做在攝像機(jī)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(hù)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(huì)直接通過避雷針流過立桿傾瀉入大地，而不會(huì)通過攝像機(jī)，顯然，電流會(huì)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(shù)都將流過避雷針和立桿，而只有極小的部分會(huì)流過攝像機(jī)，如果攝像機(jī)加立桿的阻抗遠(yuǎn)大于避雷針加立桿的阻抗，那么流過攝像機(jī)的電流就可以忽略不計(jì)（圖3是實(shí)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(shè)，金屬管應(yīng)可靠接地，這主要是為了防止立桿引導(dǎo)雷電流時(shí)對(duì)設(shè)備的視頻造成電磁干擾。而對(duì)于傳輸部分來說，傳輸線纜盡可能的不要架空敷設(shè)，最好是穿金屬管埋地敷設(shè)，金屬管兩端要可靠接地。

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

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

    在探討這個(gè)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(hào)的防雷概念比較簡(jiǎn)單，但是由于實(shí)際操作中的疏忽，不但不能起到防雷的效果，還會(huì)導(dǎo)致防雷器本身的損壞。目前市場(chǎng)上大部分的信號(hào)防雷器分為兩級(jí)：第一級(jí)是粗保護(hù)，一般采用氣體放電管作為保護(hù)器件；第二級(jí)是細(xì)保護(hù)，一般采用TVS二極管作為保護(hù)器件（如圖4）。

    既然分前后兩級(jí)，那么防雷器必然分進(jìn)出端，TVS的流通能力非常有限，一旦把防雷器前后級(jí)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(duì)于信號(hào)和電源防雷器是同樣的道理，有一點(diǎn)非常重要，防雷器如非特殊說明，一定是分進(jìn)出端口的，進(jìn)口一般標(biāo)示“IN”，而出口一般標(biāo)示“OUT”，IN 端也叫浪涌端或遠(yuǎn)端，OUT端也叫保護(hù)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(hù)的設(shè)備一端。簡(jiǎn)而言之，需要保護(hù)哪端，OUT端就接哪端。[nextpage]

    目前單獨(dú)的信號(hào)、視頻或者電源的防雷器并不多見，生產(chǎn)廠商為了簡(jiǎn)化設(shè)備種類和方便實(shí)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(qǐng)注意設(shè)備兩端的IN和OUT標(biāo)識(shí)）。

    如果監(jiān)控前端是由一個(gè)一體化球機(jī)和一個(gè)光端機(jī)的發(fā)射機(jī)構(gòu)成，那么如何正確的做防雷才能實(shí)現(xiàn)最好的防護(hù)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(gè)三合一防雷器，2個(gè)防雷器的OUT端口分別接向球機(jī)和光端機(jī)，而IN端則接向兩者之間的線路。在這個(gè)系統(tǒng)中，球機(jī)和光端機(jī)之間的線纜無疑在雷電發(fā)生時(shí)將成為感應(yīng)電荷積累的場(chǎng)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(jī)和光端機(jī)都將受到損壞。如今使用了2個(gè)防雷器，并正確安裝，就有效地保護(hù)了線纜2端的設(shè)備。

    在不少現(xiàn)場(chǎng)，在球機(jī)和光端機(jī)之間只安裝了一個(gè)防雷器，如果這樣安裝，一旦打雷，必然有一端的設(shè)備會(huì)很容易受到感應(yīng)雷的沖擊，這點(diǎn)應(yīng)引起重視。還有一點(diǎn)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(yīng)大于4歐姆。

    上述防雷做法在實(shí)際操作中還有一些細(xì)節(jié)問題值得注意：首先，防雷器的OUT端口應(yīng)該離被保護(hù)的設(shè)備多遠(yuǎn)？一般說來，防雷器要盡量靠近被保護(hù)設(shè)備，被保護(hù)設(shè)備至防雷器的連接線纜不得大于10米，如果超過10米，應(yīng)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(yīng)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(qiáng)調(diào)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(yīng)雷的三合一防雷器，防雷設(shè)備的接地一定要可靠，同時(shí)接地電阻小于4歐姆。防雷的根本在于雷電發(fā)生時(shí)，防雷設(shè)備把雷電流迅速導(dǎo)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(jié)語
    工程中的防雷問題具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性和綜合性，本文僅對(duì)雷害產(chǎn)生的原理和視頻監(jiān)控系統(tǒng)中前端設(shè)備防雷工作的具體做法提出了一些有限的看法和經(jīng)驗(yàn)，希望能對(duì)讀者在工程實(shí)踐中的具體操作提供有益的幫助和借鑒。同時(shí)拋磚引玉，期待行業(yè)內(nèi)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(hù)問題，為社會(huì)公共安全防范事業(yè)貢獻(xiàn)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）