安防监控系统防雷解决方案要点

安防监控系统的雷电防护问题，具有着较强的综合性、复杂性和代表性，本文通过对安防监控系统遭受雷击损害的主要原因分析及其防雷解决方案的一些要点的探讨，阐述作者对雷电防护问题的一些看法和有限的经验，期待行业同仁给予批评指正，共同完善、丰富雷电防护技术，宣传、推广更加合理、准确的雷电防护方案，更好地解决社会上的各种雷电防护问题，有效达成防雷减灾之目的。
　　
　　一、概述
　　
　　随着社会的发展进步，人民生活水平的不断提高，社会经济越趋活跃，对“安全”的需求越来越高，安防监控系统得到了更为广泛的普及应用。在高速公路、金融系统、军事单位、交通监控、重要处所、各种小区、公共场所、库房管理等各行各业中的应用越来越普遍。同时，安防监控系统自身的安全性也成为一个新的、重要的问题。
　　
　　现代的安防监控产品均系微电子化产品，这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性。其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感，这就使得监控系统设备极易遭受雷击/过电压破坏，其后果可能会使整个监控系统运行失灵，并造成难以估计的经济损失和安全方面的风险。为了能够准确、有效地提供安防监控系统的防雷解决方案，我们首先应准确了解安防监控系统的系统构成，进而，准确分析安防监控系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上，选用合适的防雷保护装置，研究和探讨信号、电源线路的合理布放，明确屏蔽及接地方式，方可给出准确的、系统的防雷解决方案。有效提高安防监控系统的抗雷击过电压干扰能力，优化系统的整体防雷水平。
　　
　　二、安防监控系统构成、分类及雷电防护概述
　　
　　2.1安防监控系统的构成
　　
　　安防监控系统，一般由以下三部分组成：
　　
　　前端部分：主要由黑白（彩色）摄像机、云台、防护罩、支架等组成。
　　
　　传输部分：使用同轴电缆、电线、多芯线，采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输音频、视频、控制信号和馈送交、直流电源等。
　　
　　终端部分：主要由控制设备、画面分割器、监视器、录像存储设备等组成。
　　
　　2.2安防监控系统的分类
　　
　　依传输部分的传输方式分类，安防监控系统主要分为如下几类：
　　
　　A同轴电缆传输监控系统：雷电防护重点在于传输电缆的两端线路接口防护及传输电缆自身的保护;
　　
　　B双绞线传输监控系统：雷电防护重点在于，前端及终端的电源防护及双绞线接口防护;
　　
　　C光缆传输监控系统：雷电防护重点在于，前端及终端的电源防护及光缆自身屏蔽铠层及加强筋的防护;
　　
　　D微波传输监控系统：防护重点在于，前后两站无线设备的自身直击雷防护。
　　
　　2.3安防监控系统遭受雷击损害的主要原因
　　
　　2.3.1直击雷
　　
　　A、雷电直接击中露天的摄像机上，直接损毁设备;
　　
　　B、雷电直接击在线缆上，造成线缆熔断、损坏。
　　
　　2.3.2雷电侵入波
　　
　　安防监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线/导体侵入设备，导致高电位差使设备损坏。
　　
　　2.3.3雷电感应
　　
　　电磁感应：当附近区域有雷击闪络时，在雷击落实通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势，以致损坏、损毁设备。
　　
　　静电感应：当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达100kV静电电位，信号线路上可达40-60kV静电电位，一旦雷云放电后，束缚电荷迅速扩散，即引起感应雷击。
　　
　　电磁感应和静电感应引发的雷击现象均称为感应雷，又称二次雷。它对设备的损害没有直击雷来的猛烈，但它要比直击雷发生的机率大得多，有统计显示，感应雷击约占现代雷击事故的80%以上。
　　
　　2.3.4地电位反击
　　
　　直击雷防护装置（避雷针）在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压，对周围与它们靠得近却又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差引起的电击就是地电位反击。这种反击不仅足以损坏电器和设备，也可能造成人身伤害或火灾爆炸事故。
　　
　　三、安防监控系统防雷解决方案要点/常见问题/注意事项
　　
　　3.1直击雷防护
　　
　　直击雷防护，是防雷保护不可或缺的重要基础，是防雷保护不可忽视的组成部分。
　　
　　3.1.1前端设备的直击雷防护
　　
　　安防监控系统前端设备有室外和室内两种，安装在室内的设备一般不会遭受直击雷，而安装于室外的设备，多数处于相对的开阔地带，直击雷风险较大，则必须考虑直击雷防护问题。
　　
　　安防监控系统前端设备，如摄像头等，应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。对于已经处于其它接闪器或高层建筑原有接闪系统保护范围之内的前端设备，一般可以不再另行考虑直击雷防护;对于未处于任何接闪系统保护范围之内的前端设备，则均应考虑直击雷防护问题。从技术经济的角度考虑，前端设备直击雷防护安装独立避雷针不具备可行性，一般都采用将避雷针架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身（也可采用Φ8的镀锌圆钢或30×3镀锌扁钢），但为了防止电磁感应，沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管敷设，金属管应可靠接地。
　　
　　3.1.2传输线路的直击雷防护
　　
　　为了使传输线路免遭直击雷的侵害，传输线路应尽量避免架空敷设，zui好是穿金属管埋地敷设，金属管的两端应可靠接地。
　　
　　3.1.3终端设备的直击雷防护
　　
　　终端设备机房（一般称监控机房）所在建筑物应采取防直击雷的措施，可采用φ10的圆钢（刷银粉漆）在楼顶构筑避雷带，另外用φ10的圆钢做避雷带支撑，支撑高度15cm，每隔1m设一支撑，并用40×4mm的镀锌扁钢作为引下线与地网（地网电阻应小于10Ω）连接，引下线的间距应不大于25米。也可以采用避雷针作为防直击雷的措施，用40×4mm的镀锌扁钢作为引下线与地网连接，避雷针的高度、安装位置应根据滚球法进行计算。
　　
　　3.2防雷接地系统
　　
　　所有防雷保护系统均应有可靠、有效的接地。接地系统亦是防雷保护的必要组成部分之一。
　　
　　安防监控系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地，相应接地系统应符合规范要求。一般独立于监控机房所在建筑物的前端设备均须设有独立接地。但在此需要特别指出的是：无论前端还是终端设备的接地系统，如果距离小于20米的情况，两个接地系统之间应做等电位连接。
　　
　　3.3沿墙敷设应注意的问题
　　
　　许多布线人员，因对防雷知识了解有限，或者图简单方便，习惯于将户外走线线路与建筑物避雷带、引下线相互捆绑。方便了工程施工与美观的同时，也带来了较大的防雷安全隐患。这一点是值得重视和注意的。为减小雷害风险，任何导线/金属线路均应尽可能避免与直击雷防护系统平行捆扎，而应依有关规范要求。
　　
　　3.4交流电源防雷器的选用
　　
　　对于安防监控系统的所有交流电源进线端均作有效的防雷保护。并且应确保设备所处建筑物系有良好的防雷接地系统的，进一步确认所在建筑的雷电防护装置是否使用适当。
　　
　　前端设备的交流电源进线处应安装相应的电源防雷器。考虑到安防监控系统的电源系统一般都不是很规范，零、地之间一般都会有几伏、十几伏的电压，有时甚至会有几十伏的电压，另外，在安装单相电源防雷器的时候，安装人员一般也不会注意区分零、火线，鉴于这种情况，我们建议选用单相电源防雷器时，尽量避免选用1+NPE保护模式的产品，因为如果NPE模块上有交流电压存在，在NPE模块动作时会产生工频续流，使NPE模块难以熄弧，造成NPE模块烧坏。
　　
　　进入到监控机房的电源线应考虑三级防护，可在建筑物的总配电房的电源进线处安装一级电源防雷器，在监控机房所在楼层配电箱的电源进线处安装二级电源防雷器，在监控机房重要设备的电源进线处安装三级电源防雷器，在零、地电压比较高的情况下，不建议采用3+NPE或1+NPE保护模式的电源防雷器。
　　
　　所有的防雷器应可靠接地。
　　
　　3.5安防监控系统的传输线路防护
　　
　　统计数据资料表明，安防监控系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的线路上感应的雷电侵入波过电压造成的。
　　
　　因此，做好与系统相连的线路防护是整体防雷中不容忽视的一环。
　　
　　zui安全的布线方式，应采取全程穿金属管埋地敷设，同时，也请注意，金属管两端务必做有效接地。穿金属管埋地敷设的传输线路，可以使雷电侵入波的幅值得到相当程度的衰减，从而降低设备遭受雷电侵入波损害的概率。实际工程中，很多情况下条件不允许时，可以全程穿金属管架空走线;或者不作全程穿金属管，但在电缆进入监控机房和前端设备前务必穿金属管埋地敷设，埋地长度应不小于15米，在入户端将电缆金属外皮、金属管与防雷接地有效连接。
　　
　　所有传输线路的两端均应安装相应的防雷器。
　　
　　3.6光纤通讯线路的防护
　　
　　一般来讲，光纤线路不必作加装防雷电浪涌保护装置，因为光纤线路本身不属于导体，也就不会感应/传递过电压浪涌。这一点许多人知道，但常常容易被忽视的是光纤线缆的防雷保护，从而导致一些雷电过电压闪络，损坏设备的情况发生。其发生的主要原因是，光纤线缆一般有金属加强筋和金属铠层用于保护光纤线缆，光纤本身虽不会感应和传递过电压，但其金属加强筋和金属铠层却极易感应、传递雷击过电压，必须给予妥善处理，即在光纤进户端务必做好接地保护。
　　
　　3.7视频信号防雷的注意事项
　　
　　视频信号防雷，概念比较简单，但也常常出现因工作环节上的疏忽导致防雷保护失败，同时导致视频防雷自身遭到损坏。
　　
　　目前，市场上大部分信号防雷产品，一般采用两级保护方式，前一级作为粗保护一般采用气体放电管作为保护器件;后一级为细保护，一般采用TVS作为保护器件。如此一来，信号防雷器就必然有了前后之分，进出端之分。因一般信号防雷电路采用的TVS的通流能力是非常有限的，如果前后级接反，一旦有过电压浪涌进来之后，TVS极易首先被击穿，导致防雷器损坏/失效。而这一情况，在市场上时有发生。由于许多防雷公司业务人员对此问题并不熟悉，在签合同时往往容易忽视“阴入阳出”与“阳入阴出”区别;许多防雷工程公司的采购人员也容易忽视此问题，只管下单采购“视频信号防雷器”;zui后产品到了现场后，工程人员未仔细考虑、认真对待，只管能接上即可，zui终导致一些视频信号防雷器接反的现象发生。
　　
　　3.8直流电源防护，控制线信号保护。
　　
　　直流电源防护、控制线信号保护与视频信号保护的常见问题一致，所不同的是，直流电源防护、控制线信号保护，连接方式一般为压接式，没有“阴”“阳”头之分，也就不会出现上述的销错货、购错货问题。但现场工程人员必须注意，正确连接此类防雷器。一般常用标识为：输入（IN）、输出（OUT），或者：浪涌端、保护端，亦称之为：远端、近端。换言之，输入（IN），即浪涌端，也称为远端，应连接有远程线路，容易引入雷电过电压的一端;输出（OUT），即保护端，也称为近端，应连接被保护设备一端。
　　
　　四、其它注意事项、维护要则
　　
　　4.1防雷设计应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置。
　　
　　4.2在具体工程中，防雷设备安装位置及设备选型均应由专业人员根据实际情况选定。
　　
　　4.3应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材，避免使用非标准防雷产品和器件。
　　
　　4.4避雷针体、避雷带、支架、接地引下线、接地体、连接线等部件，均应采用热镀锌等方法，有效防止锈蚀。
　　
　　4.5应定期检查防雷器的使用情况，发现有损坏、老化的情况应及时更换。
　　
　　分析防雷设计要点首先应准确了解安防监控系统的系统构成，进而，准确分析安防监控系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上，选用合适的防雷保护装置，研究和探讨信号、电源线路的合理布放，明确屏蔽及接地方式，方可给出准确的、系统的防雷解决方案。有效提高安防监控系统的抗雷击过电压干扰能力，优化系统的整体防雷水平。