視頻監控系統的雷電防護研究

摘" 要：如今計算機和自動控制系統的成熟運用和大范圍推廣，更加高效全面的監控系統在各行各業當中得到廣泛運用。因為監控系統擁有低電壓、微電流的特點，同時自身的抗干擾能力較弱，并且每套監控系統所覆蓋和包含的范圍與場景較為復雜，因此走線和布線通常都是非常凌亂，這就導致監控系統設備遭受雷擊的可能性大幅增加。視頻監控系統是安全體系構建當中的重要組成部分，為確保能夠平穩運行，做到正確雷電防護是十分重要的。該文針對視頻監控系統雷電入侵渠道及生成原因進行深入分析，并以實際案例為切入點簡單介紹電涌保護器的性能參數、線纜屏蔽、系統接地等電位連接的現代化防雷理念。

關鍵詞：信息化；視頻監控系統；安全防范技術；雷擊；電磁干擾；雷電防護

中圖分類號：TU895" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）15-0143-04

Abstract： Nowadays， with the mature application and large-scale promotion of computers and automatic control systems， more efficient and comprehensive monitoring systems have been widely used in a variety of industries. Because the monitoring system has the characteristics of low voltage and micro-current， and its own anti-interference ability is weak， and the scope and scene covered by each monitoring system is more complex， the wiring and wiring are usually very messy. This leads to a great increase in the possibility of lightning strikes on the monitoring system equipment. Video surveillance system is an important part of the construction of security system， in order to ensure smooth operation， so it is very important to achieve correct lightning protection. This paper makes an in-depth analysis of the lightning intrusion channel and the generation reasons of the video surveillance system， and briefly introduces the concept of modern lightning protection in potential connection， such as the performance parameters， cable shielding， system grounding of surge protector.

Keywords： informatization; video surveillance system; security technology; lightning strike; electromagnetic interference; lightning protection

對于監控系統來說防雷工作的核心就是應當充分考慮對于系統組成的每一個單獨設備的防雷。并且隨著防雷技術設計的愈發成熟，應用在不同環境當中的防雷系統也會有所區別。如今想要對系統完成標準化和統一化的防雷內容制定是非常困難的。因此為能夠更好地完成系統設計的講解，將會把組成監控系統的每個細節進行大致闡述，針對不同的系統能夠完成不同的組合。為保證監控系統的防雷措施做到行之有效，保證系統可安全穩定運行，不僅應當對可能會產生雷擊現象遭損毀的組成設備及遭損毀的原因進行講解，還要對容易被雷擊損毀的設備完成深層次的成因分析。

1" 視頻監視系統構成及雷害成因

1.1 系統構成

視頻監控系統共有5部分構成，包含攝像、傳輸、控制、顯示和記錄登記，在這5部分當中，現市場上主流的攝像頭主要是通過網線及光纖將拍攝下來的圖像以數字化的形式傳輸到視頻監控系統的控制主機，控制主機再把視頻信號通過轉化生成視頻圖像數字信號，并且將數據傳輸到各個監視器及錄像設備上，并且還能夠把相應的語音信號同步傳輸、錄入到攝像機內。利用控制主機管理人員能夠發出指令，完成對云臺的空間位置和取景范圍的移動，更為高端的攝像頭還能完成手動/自動近景和遠景的對焦，利用管理系統能夠完成多線路的視頻顯示內容切換。通過更為多功能的錄像處理模式，完成錄像的錄入、回放及記錄處理等操作。

前端部分主要包括了攝像機（白光和紅外）、鏡頭、云臺、保護罩與安裝支架等5部分；傳輸運用同軸線纜、網線、光纖和多芯線等，采取地埋、架空或管道鋪設等方式傳輸和控制信號；終端部分主要包括顯示設備、交換處理設備、控制設備及存儲設備等4大部分。

1.2 系統雷害成因

1.2.1" 直擊雷損壞

視頻監控系統前端設備被雷擊，最直接的會造成前端設備的損壞，例如攝像頭、云臺等。因為在雷擊設備時，會產生電效應、熱效應及機械效應，這些效應都會對監控設備產生物理破壞。大部分室外前端設備的安裝位置都較為空曠，部分地方監控設備的安裝位置都要比周邊建筑物高，因此導致視頻監控前端設備遭雷擊的概率大幅增加。

1.2.2" 雷電電磁脈沖

若處在雷雨季節，在視頻監控系統周邊出現云閃或地閃的時候，視頻監控前端設備受到雷擊的影響后，因雷電內部的電流能量巨大，因此在視頻監控設備周圍空間內瞬間爆發出強烈的電磁場，處于室外空間的金屬物體及設備電路都會出現數值異常的感應過電壓，電壓會通過供電線路、信號線路直接進入到系統當中，異常的電流會直接擊穿整套設備中保護相對較為薄弱的監控設備。

1.2.3" 雷電感應

雷電在擊中避雷針的情況下，引地線周邊就會出現極強的電磁場。處在磁場周邊的設備及傳輸線路內部就會出現極強的電動勢，這種現象稱之為電磁感應。當大量的雷暴云層開始聚集的時候，在雷暴云層正下方的建筑物及傳輸線路都能夠感應到與雷暴云相反的電荷，這些感應和電荷依附在架空的傳輸線纜上，就是通常說的靜電感應，雖然沒有直接雷擊對設備的損害強度大、損傷度高，但是發生的概率卻比直接雷擊要大得多。

2" 視頻監控系統綜合防雷

視頻監控系統的組成包括了前端采集設備、后端顯控設備、中間傳輸設備等系統。組成系統的各種設備，其內部都包含了大量的集成電路，因此在出現雷擊的時候傳輸設備內部就會感應到大量的大電流及高電壓，其對集成電路會造成毀滅性的破壞。視頻監控防雷接地系統當中的許多傳輸線路都處在LPZOA的非防雷區域，視頻監控系統當中一般采用隔離、等電位、鉗位、濾波、屏蔽、過壓過流保護及接地等預防雷擊的方法，其核心原理就是將雷電產生的過壓電流和附帶的超強秒脈沖與電磁干擾引導和消除在視頻監控系統以外，以此達到保護系統的目的。如今絕大數的防雷擊辦法都是將電涌保護器安裝在監控系統當中的合理部位，防雷地線按照公用原則接入到地面以下，這樣才不會出現電位反擊。設計必須具有足夠的合理性，并且施工安裝到位，這樣才能確保電涌保護器能夠真正保護視頻監控系統。

在工程領域當中使用的攝像頭類型與種類十分豐富，一般最為常見的是采用BNC接口的同軸線纜攝像頭，也有采用RJ45接口的網絡攝像頭。在供電方面有的使用單獨電源線供電，也有的使用以太網（POE）供電，這2種供電模式也是我們日常生活中最為常見的供電種類。對于監控室顯示設備的組成更為復雜。以防雷角度來考慮顯示設備的內部結構并不需要進行詳細講解，只需要考慮到其與前端攝像頭的關系就行。傳輸線路有多種形式，有利用同軸線纜的，有利用網線的，有利用無線設備的，也有利用光纖傳輸的，實際傳輸方式的確定還要參考實際的系統使用需求。傳輸線路的選擇不同，所采用的設備類型也不同，對防雷的要求也是不一樣的。

2.1" 前端設備防雷

前端設備安裝環境一般包括室內與室外，安裝在室內的前端設備遭受雷擊的概率是比較小的，但是在施工設計的時候也應當考慮線路電壓變化會對前端設備產生的影響，對于室外安裝的前端設備應當對雷擊進行嚴格防護。室外攝像機防雷如圖1所示。

比如攝像頭應當安裝在接閃器的有效防護范圍之內。攝像頭安裝時應確保攝像頭與避雷針之間的距離保持在5 m左右。若安裝環境不允許，也可以將避雷針安裝在攝像頭的樁桿上，但要注意的是閃電的引線應當使用金屬桿本體或者利用直徑為8 mm的鍍鋅鋼絲直接接地。為確保流經避雷針的閃電產生的電磁感應不會對攝像頭產生影響，同時也應當對攝像頭的電源線及信號傳輸線進行防電磁屏蔽防護。安裝在室外攝像頭（含云臺）可在編碼器前端安裝防雷器（圖2）進行前端設備防雷保護。

對于攝像機的供電常采用AC220 V或DC12 V的方式。單相電源避雷器可安裝在直流變壓器前端，當直流電源傳輸距離超過15 m時，還應當在攝像機的前端串接低壓直流避雷器。

當視頻信號的傳輸距離過長時，設備會因感應雷電流過強而損毀，為保證能夠順利把雷電的強大電流傳輸到地面，信號過電壓保護器的響應要足夠迅速，因此在保護傳輸信號時，要綜合考慮信號的傳輸速率、信號電平、啟動電壓和雷電通量等重要參數。

在室外環境若使用POE的供電方式，交換機的選擇應當具有良好的防雷性。處于室外的前端設備要確保性能良好的接地，接地電阻應不大于4 Ω，如遇不宜達標的環境，可采取換土或加降阻劑等辦法。

2.2" 傳輸線路防雷

監控系統線路主要有電源線和信號傳輸線。控制信號與報警信號的傳輸線通常采用銅芯屏蔽的軟線來連接攝像頭與控制主機。傳輸部分的線路在施工中通常使用直埋敷設的方式，若施工環境受到限制，也能夠使用管道及架空的方法，傳輸線路與其他線路在施工中如需共桿架設，要滿足其共桿架設的最小垂直間距。

將傳輸線路掩埋到地下也不能徹底解決監控系統遭到雷擊的問題，通過大量真實案例的數據分析發現，在所有的雷擊事件當中掩埋線路出現雷擊事故占比30%，就算雷擊發生的位置比較偏遠，但還會有部分強電流通過地面流經到線路內部。由于金屬管具有一定的屏蔽作用及雷電流的集膚效應，因此使用帶有屏蔽層的線纜或者線纜穿鋼管的埋設方式（確保鋼管的電器聯通），可有效防止電磁干擾。

2.3" 終端設備防雷

在整套視頻監控系統當中，對于監控室防雷工作的重視程度同樣必要，并且要以直擊雷防護、雷電波侵入、等電位連接及電泳保護多方為切入點完成防雷擊的保護工作。監控室所在的建筑物應當安裝避雷裝置，且要安裝能夠釋放感應雷的接地裝置，防止直擊雷直接進入到監控室的各種導線中。架空電纜入戶安裝時應當安裝有避雷器，同時把電纜金屬外保護層和自承鋼索連接到接地裝置上。對于兩棟建筑物之間的連線應當通過兩端始終處于電器貫通狀態的金屬管道進行保護，且金屬管道也應當與兩棟建筑物的等電位相連接。在實際工作中一般由金屬支撐物、金屬框架及鋼混結構的鋼筋自然形成建筑空間的屏蔽，通過大量的金屬搭配使用形成了空間結構的屏蔽層，因此對于電源線和信號線的進入應當確保與這些屏蔽層之間和防雷裝置之間的等電位連接。系統防雷示意圖如圖3所示。

3" 監控室等電位連接與共用接地

1）在進入監控室前完成各種管線的屏蔽層、機器等的等電位連接及接地，且在接入到設備之前要完成詳細的接地檢查及二次接地。把室外攝像頭輸出的同軸電纜的外層與其他管線的外層在接近監控室之前就應當進行接地處理。

2）把分開的導電裝置用等電位連接導體后接地，以降低系統設備在工作時因雷擊導致建筑物金屬物體與設備之間因雷擊產生的電位差。借助鋼筋混凝土結構所具有的金屬物體構件組成三維化的金屬連接網絡完成等電位連接。有的建筑物在設計建造的時候就會預留出一系列的用電設備接口。

3）建筑物當中所有的水管、采暖、空調管道等各種金屬外層在接入到建筑物時都應進行等電位連接。

4" 結束語

雷擊對于視頻監控系統來講產生的影響和破壞是十分嚴重的，隨著視頻監控系統的成熟發展與大面積應用，更加具有智能化、信息化的網絡視頻監控系統是未來行業發展的方向和趨勢，視頻監控用來穩定社會發展秩序和確保人民生命財產安全有著功不可沒的作用，所以確保視頻監控系統的穩定運行與安全就成了行業發展當中不得不認真思考的問題。如今視頻監控的種類與功能越來越多，因此對于視頻監控系統的防護工作也越來越繁瑣，防雷擊就是視頻監控防護當中的一種，對于視頻監控系統的防雷擊工作不單單是完成系統內部的安全設計和處理，同時還要考慮到在系統施工前所處的環境特點，探究和設計出更加符合實際應用場景的線纜布設方式、屏蔽及接地方式。因此，系統性的防雷設計應當是十分全面和科學的，只有這樣才能保證視頻監控系統安全長期的運行。

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