淺談校園視頻監控系統綜合防雷措旋

【摘要】分析視頻監控系統遭受雷擊損害的主要原因以及可能的雷擊過電壓的入侵途徑，介紹雷擊保護的基本原則及視頻監控系統的綜合防雷措施，提出了校園視頻監控系統防雷設計方案。

【關鍵詞】校園視頻 監控系統 防雷

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450－9889(2012)01C－0187－02

隨著通信和計算機技術的發展，視頻監控系統大量用于學校的輔助管理，特別是在中職學校學生管理中發揮著特殊的作用，因此對系統運行的可靠性提出更高的要求。目前，世界上各種建筑、設施大多數仍在使用傳統的避雷針防雷。用避雷針防止直接雷擊，實踐證明是經濟和有效的。但是，隨著現代電子技術的不斷發展，大量精密電子設備的使用和聯網，避雷針對這些電子設備的保護卻顯得薄弱。避雷針不能阻止感應雷擊過電壓、操作過電壓以及雷電波入侵過電壓，而這類過電壓卻是破壞大量電子設備的罪魁禍首。當前，視頻監控系統因受到雷擊引起設備損壞，自動化監控失靈的事件也常有發生。視頻監控子系統中部分前端攝像機設計為室外安裝方式，對于雷雨多發地區必須設計安裝防雷電系統。為了能夠準確、有效地提供視頻監控系統的防雷解決方案，我們首先應準確了解視頻監控系統的系統構成，進而準確分析視頻監控系統遭受雷擊損害的主要原因以及可能的雷擊過電壓的入侵途徑。選用合適的防雷保護裝置，研究和探討信號、電源線路的合理布放，明確屏蔽及接地方式，方可給出準確的、系統的防雷解決方案，有效提高視頻監控系統的抗雷擊過電壓干擾能力，優化系統的整體防雷水平。

一、雷電對監控系統的侵害途徑及破壞方式

雷電是由天空中云層間的相互高速運動、劇烈摩擦，使高端云層和低端云層帶上相反電荷。此時，低端云層在其下面的大地上也感應出大量的異種電荷，形成一個極大的電容，當其場強達到一定強度時，就會產生對地放電，這就是雷電現象。雷電對視頻監控系統的侵害主要途徑有以下幾方面：

第一，直擊雷。這是指帶電云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。直擊雷威力巨大，雷電壓可達幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達十幾萬安，在雷電通路上，物體會被高溫燒傷甚至融化。建筑物本身受雷電直擊時，和建筑物連接的金屬導體包括建筑物鋼筋與地極之間產生瞬時電位差，構成摧毀電子設備之沖擊過電壓。

第二，雷電波侵入。系統的電源線、信號傳輸或進入監控室的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線侵入設備，造成電位差使設備損壞。

第三，雷電感應。當雷擊中避雷針時，在引下線周圍會產生很強的瞬變電磁場。處在電磁場中的監控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢，這種現象叫電磁感應。當有帶電的雷云出現時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會感應出與雷云相反的電荷，這種現象叫靜電感應。電磁感應和靜電感應統稱為感應雷，又叫二次雷，它要比直擊雷發生的概率大得多。由感應雷引起的事故約占雷害事故的80％～90％。針對感應雷的破壞途徑，可采取接地、分流、屏蔽、均壓等電位等方法進行有效的防護，以保證人身和設備的安全。

二、雷擊保護的基本原則

欲使設備得到很好的保護，首先應對其所處的環境、受雷電影響的程度作出客觀的估計，因它與出現過電壓的幅值、概率、網絡結構、設備抗電壓能力、保護水平和接地等有關；防雷工作應作為一項系統工程來考慮，強調全面防護(包括建筑物、傳輸線路、設備和接地等)，綜合治理，且要做到科學、可靠、實用和經濟。針對感應雷瞬時能量較大的特點，根據IEC國際標準對能量逐級吸收的理論，及防護區間量級分類的原則，需要做多級防護。

防雷工程的一個重要的方面是接地以及引下線路的布線工程，整個工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取決于此，所以應該認真地、系統地研究。電力、電子設備的接地，是保障設備安全、操作人員安全和設備正常運行的必要措施。可以認為，凡是與電網連接的所有儀器設備都應當接地；凡是電力需要到達的地方，就是接地工程需要做到的地方。由此可以知道接地工程的廣泛性和重要性。一方面，隨著時代的進步，強功能高價值設備的廣泛使用，要求提供更加可靠的接地保護；另一方面，微電子技術的推廣，使得現代設備要求更低的接地電阻，還往往需要抗干擾。實踐要求有更加系統的接地理論來對工程實際進行指導。根據近年來的設計施工經驗，筆者認為：首先接地連接方式和接地參數并重；其次以減小或消除同系統中不同性質的接地(如防雷地、工作地、外殼接地、靜電地、信號地等)之間的電位差為目的，選用適當的布線方式；最后根據地網所在地的接地電阻、土層分布等地質情況，盡量進行準確設計。

當今社會電子計算機技術、微波通信技術日益發展，各類電子設備大量應用，雷擊電感應到附近的導體中形成過電壓，可高達幾千伏，對微電子設備的危害極大。雷電電磁脈沖的主要侵入通道有電源線路、各類信號傳輸線路、天饋路線和進入系統的管、纜、橋架等導體侵入設備系統，造成電子設備失效或永久性損壞。因此，雷擊電磁脈沖的防護是在入侵通道上將雷電流泄放入地，從而達到保護電子設備的目的。其主要方法是采用隔離、等位、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓過流保護、接地等方法將雷電過電壓、過電流及雷擊電磁脈沖消除在設備外圍，從而有效地保護各類設備。目前主要采用氣體放電管、放電間隙、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態二極管、晶閘管、高低通濾波器等元件根據不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求，組合成電源線、天饋線、信號線系列電涌保護器(SPD)安裝在微電子設備備的外連線路中，地線按共同接地原則接入系統的地線，才不至于造成地位反擊。只要設計合理、安裝合格，電涌保護器就能有效的防御雷電。

三、視頻監控系統綜合防雷措施

視頻監控系統防雷是一項綜合性工程，主要包括外部防雷和內部防雷兩個方面：外部防雷包括：避雷針、避雷帶、引下線、接地極等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放人大地。內部防雷系統是為保護建筑物內部的設備以及人員的安全而設置的。主要以空間屏蔽、等電位連接、減少接近耦合、過電壓保護等措施，通過在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器即過電壓保護，使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地。

(一)接地系統。接地是避雷技術最重要的環節，不管是直擊雷、感應雷或其他形式的雷，最終都是把雷電流送人大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置是不能可靠地避雷的。接地電阻越小，散流就越快，被雷擊物體高電位保持時間就越短，危險性就越小。對于計算機場地的接地電阻要求≤4歐姆，并且采取共用接地的方法將避雷接地、電器安全接地、交流地、直流地統一為一個接地裝置。如有特殊要求設置獨立地，則應在兩地網間用地極保護器連接，這樣，兩地網之間平時是獨立的，防止干擾，當雷電流來到時兩地網間通過地極保護器瞬間連通，形成等電位連接。

(二)防雷等電位連接。等電位連接的目的，在于減少需要防雷的空間內各金屬部件和各系統之間的電位差。穿過各防雷區交界的金屬部件和系統，以及在一個防雷區內部的金屬部件和系統，都應在防雷區交界處做等電位連接。應采用等電位連接線和螺栓緊固的線夾在等電位連接帶做等電位連接，而且當需要時，應采用避雷器做暫態等電位連接。

(三)屏蔽和分區防雷保護。從雷電的入侵途徑可知，雷電會產生強大的電磁波，在周圍的導體上產生感應雷電流，也會構成對電子設備的直接沖擊損壞。據資料統計，2.4高斯的電磁波沖擊就能造成電子設備的直接損壞，0.03高斯的電磁波沖擊就能造成電子設備的誤動。屏蔽是減少電磁波破壞的基本措施，包括外部屏蔽措施、適當的布線措施、線路的屏蔽措施。雷電保護區是以屏蔽層為界面來劃分的。

國際電工委員會1ECl312《雷電電磁脈沖的防護》對雷電保護區的劃分問題，提出了原則性的建議。

一個欲保護的區域，從EMC(電磁兼容)的觀點來看，由外到內可分為幾級保護區，最外層是0級，危險性最高；我國大多數情況下的機房，就與0區僅一墻之隔，即只有一層屏蔽，則該機房內空間定為1區；各電子設備的外殼為一層屏蔽層，可視機殼內的空間為2區等。越往內部，危險程度越低，過壓主要是沿線穿過的，保護區的界面通過外部防雷系統、鋼筋混凝土及金屬管道等構成的屏蔽層面形成。穿過各級雷電保護區的金屬構件，一般應在保護區的分界面做等電位連接。

四、校園視頻監控系統防雷設計方案

(一)前端攝像機的防雷。前端攝像機主要分為兩類：帶云臺攝像機和球機：在帶云臺攝像機和球機的視頻線、控制線與電源線處加裝TIT三合一監控專用防雷器TPSS12D12，此款防雷器集視頻線防雷，控制線防雷，電源線防雷與一體。安裝方便，易維護。普通槍機：普通槍機的防雷我們只要考慮視頻線和電源線的防雷保護，在進入攝像機的視頻線處串接視頻信號防雷器TS12UBFM，如電源使用直流，并聯安裝TP20D12直流電源防雷器，如使用交流電，則安裝TA10C24交流24V電源防雷器。防雷器安裝在離被保護設備距離越近越好。

(二)前端設備直擊雷的防護。每個攝像機均安裝在比較高的立桿之上，所以設備的直擊雷防護必不可少。具體措施：在每根立桿頂端加裝避雷針一根，根據滾球法計算，避雷針的有效保護范圍在30度夾角類，所以避雷針的高度，必須按照設備的安裝位置計算。

(三)前端設備的接地。防雷器的接地非常重要，如果接地沒有做好，防雷器起不了作用，所以一個良好的接地是相當重要的。要求接地地阻應做到小于4歐姆以下。根據描述現場情況。前端設備接地具體措施：攝像機均安裝在立桿上，如現場土壤情況較好(石沙等不導電物質較少)的情況下，可以利用立桿直接接地，把攝像機與防雷器的地線直接焊接在立桿上即可。反之，如現場土壤情況情況惡劣(石沙等不導電物質較多)，則要借用導電設備，利用扁鋼與角鋼等。具體措施：用40×3的扁鋼沿立桿拉下，防雷器和攝像機的地線與扁鋼妥善焊接，用角鋼打人地底2～3米，與扁鋼焊接好，地阻測試根據國標小于4歐姆即可。