【安防知識網(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)出劃破長空的閃光和震耳欲聾的雷鳴，更重要的是它會對人類的生活和生產活動造成巨大的影響。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重破壞。隨著高新技術的迅猛發(fā)展，由雷擊引起的災害事故正呈現(xiàn)上升趨勢。到目前為止，雷電作為一種強大自然力的爆發(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。長期以來，關于雷電防護的研究，一直是國內外電氣與電磁兼容工作者共同關注的重要問題。

　　近年來，由于高層建筑的不斷興建和信息處理技術的日益普及，各種先進光電與電子設備(含視頻監(jiān)控系統(tǒng))正廣泛地配備于各類建筑物中。這些光電與電子設備普遍存在著絕緣強度低、過電壓和過電流耐受能力差、對電磁干擾敏感等弱點，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會通過供電線、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，從而威脅室內電子設備的正常工作和安全運行。若防護不當，這些雷害輕則使光電與電子設備工作失靈，重則使光電與電子設備永久性損壞，嚴重時還可能造成人員傷亡。因此，除高度重視現(xiàn)代建筑防雷設計外，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程設計者來說，還須重視本系統(tǒng)設備的雷電防護問題。

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

　　結合現(xiàn)代防雷技術，對大中型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一般從電源線路保護、信號線路保護和完善接地三個方面采取措施。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生壓降(直接雷過電壓)和雷電對設備附近的地面(或避雷針、線)放電時所引起的感應雷過電壓，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烈的電磁干擾源。產生雷電過電壓的根源是特大雷電流，其特點是幅值極高，最大可達200kA以上。大多數(shù)低于100kA，其波形多數(shù)為振蕩衰減波，時間短。雷電流波形的上升沿非常陡直，T1波頭時間為10μs ，而下降沿相對緩慢，T2半值時間為350μs (如圖1所示)。

　　建筑物遭受直接雷擊時，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)電位的抬高往往會對一些進出屏蔽室的電源線或信號線等線路發(fā)生反擊，如圖2所示。在發(fā)生直接雷擊時，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，而來自遠處的信號線此時尚處于零電位，則在小孔處，屏蔽體與信號線之間將出現(xiàn)很高的電壓。這一高電壓很容易將兩者間氣隙擊穿，使信號線上也帶上高電位，該電位將會直接損壞室內的電子設備，它也將沿信號線傳輸?shù)竭h處線路終端，侵害終端處的電子設備。

　　暫態(tài)電位的抬高還會在鄰近未受雷擊的建筑物內引起反擊，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)過電壓保護措施的建筑物中，帶高電位的地線將會對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備受到暫態(tài)高電位的損害。[nextpage]

　　現(xiàn)代建筑物中，大量布設各種導體線路，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)絡結構布局錯綜復雜，會在建筑物內部不同空間位置構成許多回路。由于這些回路的存在，使建筑物內電子設備遭受雷電危害的機會大大增加，因此需要足夠重視。

　　當建筑物遭受直接雷擊或建筑物附近發(fā)生雷擊時，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部空間產生脈沖暫態(tài)磁場，這種快速變化的磁場交鏈這些回路后，將在回路中感應出暫態(tài)過電壓，危及與這些回路相端接的電子設備。

　　據(jù)國外資料介紹，在一些建筑物稠密的城市區(qū)域，由于各種供電、通信和信號線路等網(wǎng)絡盤根錯節(jié)，雷電放電可以對距離雷擊點1公里范圍內的電子系統(tǒng)產生電磁感應作用，影響系統(tǒng)的安全可靠運行。

　　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或電源等線路耦合或轉移到電子設備，造成電子設備損壞。

　　防雷技術措施

　　雷電過電壓對信息系統(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，對雷電過電壓必須采取相應的防雷技術保護措施。

　　防雷技術是一項系統(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)自身的防雷措施應相互協(xié)調外，還應與建筑物防雷、信息系統(tǒng)的防雷、接地設計等相互配合，同時還要兼顧信息系統(tǒng)的電磁兼容的要求。對信息系統(tǒng)最大的潛在危害是直接雷和感應雷，幾年來采取了多種措施以保護信息系統(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現(xiàn)有效的電磁兼容保護方案?？傊?，對雷電過電壓抑制必須嚴格按照有關規(guī)程進行綜合考慮，采取“整體防御、層層設防、多級保護”，從而組成一個有效的防雷系統(tǒng)。只有這樣，才能達到良好的保護效果。防雷技術措施包括建筑物外部防雷和建筑物內部防雷。

　　1、建筑物外部防雷技術措施

　　該技術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、建筑物內部防雷技術措施

　　據(jù)統(tǒng)計，80%的雷擊事故是由于感應雷(間接雷)或雷電侵入建筑物內而引起的。內部防雷技術措施可以抑制和吸收感應雷的干擾。該技術措施有：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

　　經過防雷分區(qū)后，電源線分為三級保護。

　　第一級電源防雷

　　第一級電源防雷的作用是防止直接雷擊和強的感應雷。選擇第一級電源防雷器，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測試波形)，具備阻燃特性，在變態(tài)器低壓側(配電框)的每一條L、N線對地并聯(lián)安裝，可采用德國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)。

　　第二級電源防雷

　　第二級電源防雷的作用是防護局部感應雷擊和開關浪涌。對應于第一級防雷器，第二級電源防護的特點是響應速度快(達到25ns的器件級)和低的殘壓。經過第二級避雷器以后，線路感應雷電流部分反射和入地，殘壓應降低至1000V數(shù)量級，對監(jiān)控中心機房或分布有監(jiān)控器材的樓層，已經不具備大的破壞性。

　　監(jiān)控中心機房和各露天分散的監(jiān)控點屬于第二級避雷重點防護位置，應確保其在雷雨季節(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、數(shù)量，使防雷效果和投資兼顧。常用的模塊有德國DEHN的DEHNguard、威雷寶的POWER-MA型模塊避雷器，電壓保護級別在5kA(8/20測試波形)時一般不超過1.25kV ，雷電通流量最大可達40kA。

　　當?shù)谝患壟c第二級之間的線距較近時，應采取適當?shù)耐笋钇骷?，以使各級避雷器的能量配合與響應速度等達到匹配。

　　第三級電源防雷

　　其作用是精細保護重要設備。當設備機房有需要精細保護的重要設備時，可以考慮為這些抗過壓能力較弱的敏感電子設備增加第三級精細防護，可以進一步將可能到達設備端的尖峰電壓衰減，同時濾除電噪聲。此級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。有的質量較好的防雷專用插座也具備第三級的防雷效能，應視其測試參數(shù)和實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，因為雷電沖擊波能量很容易從供電線路侵入并損壞電源設備，甚至進而損壞整個設備或系統(tǒng)。對雷害事故分析也表明在雷害事故中約70%-80%是從供電線路進入的，所以電源線路防雷是電子設備乃至整個系統(tǒng)防雷的最重要環(huán)節(jié)。[nextpage]

　　信號系統(tǒng)防雷

　　監(jiān)控系統(tǒng)的低壓信號分布較廣，一般應當對不同的信號線路配置相應的避雷器。大量的視頻信號線路是防護的重點，而低電壓的線路(如云臺控制線、編解碼器信號線、低壓電源線路)一般內阻較低，應采用低壓快速響應類型的氧化鋅避雷器或半導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。

　　國內流行的視頻避雷器大多采用粗細保護合二為一的類型。對于各種模擬信號攝像機來說，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，最易遭受信號線路的感應雷擊損壞。安裝于攝像機視頻輸出端口的BNC接口避雷器采用ps(10-12秒)級別響應速度的耐沖擊器件，可以將端口的感應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，且在較高的工作頻率下對信號影響極小。當應用于保護系統(tǒng)控制部分如圖像矩陣、分割器等多路信號集中的情況時，需將多路避雷器組合使用，達到方便布線和真正有效地防雷。

　　RB/BNC-VIDEOa/b/c是針對保護視頻傳輸系統(tǒng)和電視監(jiān)控系統(tǒng)設計的，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、監(jiān)視器等視頻設備的連接(如圖4所示)。有G標志的是保護器的接地連接，應使其可靠接地，方可保證其防雷效果。

　　RB/BNC-VIDEO4/8/24分別是4路、8路、24路視頻信號避雷器，它是在RB/BNC-VIDEO6基礎上，使多路信號保護整合而成，方便多路信號集中的視頻設備使用。每個終端解碼器與矩陣主機的連線上串連信號避雷器，特別使用室外終端解碼器時，須采用避雷器，加裝避雷器時每路要加裝二個，分別靠近主機和解碼器處。

　　在使用室外攝像機時，在每個室外攝像機與矩陣主機的視頻線上串接電視攝像頭避雷器，在靠近矩陣主機和靠近攝像機的地方分別安裝一個避雷器。

　　對于多媒體計算機與控制鍵盤，考慮與主機的距離不太遠可不加裝避雷器，但若它們與主機的距離較遠，則應加裝避雷器保護。

　　安裝注意的是：接地傳導體必須與用電器外殼地端連接，避雷器接地連接線(有G標志)在保證可靠接地時，應盡可能縮短其接線長度;信號保護接地與雷擊引下線接地系統(tǒng)相互獨立，則安裝本產品無需改變原系統(tǒng)接地布置方式(一點接地);有G標志的黑色引線與保護地可靠連接，然后將避雷器的“IN”端與信號傳輸線連接，“OUT”端與需要保護的設備連接即可發(fā)揮其保護作用。

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

　　線路屏蔽和外部防雷接地系統(tǒng)

　　關于線路屏蔽和防雷接地應遵循下列幾個要點進行：

　　· 從最佳防雷效果的角度來講，所有信號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)整個布線范圍應處于該系統(tǒng)所在位置避雷針的保護范圍內。如果有較分散的攝像機可能受到直接雷擊，應當首先對其防直接雷擊系統(tǒng)進行改造完善后，再進一步對其實施防感應雷方案;

　　· 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。如果有條件設置專用保護接地，能進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。

　　結語

　　由上看出，雖雷電尚無法有效地加以制止，但針對它造成危害的途徑，根據(jù)IEC-TC/81的完整防護體系，對雷電防護的環(huán)節(jié)可采用分流、傳導、均壓、接地、屏蔽的方法。結合現(xiàn)代防雷技術，對于大中型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可從電源線路保護、信號線路保護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)定可靠地運行。