高山臺(tái)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)防雷的技術(shù)改造

去年春天我臺(tái)安裝了數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)山上山下辦公區(qū)和生活區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效的約束了區(qū)域活動(dòng)人員的行為，對(duì)有違法犯罪思想的人起到了威懾，對(duì)安全保衛(wèi)起到了很大作用。隨著數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)在我臺(tái)的應(yīng)用，運(yùn)行初期階段數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備因雷擊破壞使部分監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行失靈，造成數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中斷影響正常的使用。為了對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)采取有效的防雷保護(hù)措施、保障監(jiān)控系統(tǒng)正?？煽康倪\(yùn)行，首先應(yīng)明確監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因以及雷電可能的侵入途徑，尤其是雷擊損壞較為嚴(yán)重的室外監(jiān)控設(shè)備，在分析其損壞原因的基礎(chǔ)上，正確選擇和使用監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的防雷保護(hù)裝置，以及研究和探討信號(hào)、電源線路的布放、屏蔽及接地方式等，最終經(jīng)過一系列技術(shù)改造達(dá)到防雷的效果。

一、監(jiān)視系統(tǒng)的組成及雷害成因

1.監(jiān)控系統(tǒng)由以下三部分組成

前端部分：主要由攝像頭、鏡頭、防護(hù)罩、支架等組成。

傳輸部分：使用同軸電纜、軟管穿線、電線、多芯線采取架空、地埋或沿墻敷設(shè)等方式傳輸視頻、音頻或控制信號(hào)等。

終端部分：主要由服務(wù)器、交換機(jī)、監(jiān)視器、硬盤錄像機(jī)等組成。

2.監(jiān)控系統(tǒng)雷害成因

直擊雷：雷電直接擊在露天的攝像頭上造成設(shè)備損壞;雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷。

雷電波侵入：雷電波沿電源線、信號(hào)傳輸屬導(dǎo)線侵入設(shè)備，造成電位差使設(shè)備損壞。

雷電感應(yīng)：當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，在引下線周圍會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬變電磁場(chǎng)，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。當(dāng)有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的電荷，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。雷電感應(yīng)與靜電感應(yīng)對(duì)設(shè)備的損害沒有直擊雷來的猛烈，但它要比直擊雷發(fā)生的機(jī)率大得多。

二、監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防雷

1.前端設(shè)備的防雷

前端設(shè)備有室外和室內(nèi)安裝兩種情況，安裝在室內(nèi)的設(shè)備需考慮防止雷電過電壓對(duì)設(shè)備的侵害，而室外的設(shè)備則同時(shí)需考慮防止直擊雷擊。

前端設(shè)備（如攝像頭）獨(dú)立架設(shè)時(shí)，需在避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)。為防止電磁感應(yīng)，沿桿引上攝像頭的電源線和信號(hào)線采取穿金屬管屏蔽。

為了防止偶遇在室外的攝像頭遭受直接雷擊，采用裝設(shè)高于攝像頭高度的避雷針，它的作用是將雷電吸引到避雷針上并安全的將雷電流引入大地，從而對(duì)攝像頭起到保護(hù)作用。

避雷針的保護(hù)范圍是由模擬實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定的，由于雷電的路徑受很多偶然因素的影響，因此要保證被保護(hù)物絕對(duì)不遭受雷擊是不可實(shí)現(xiàn)的，一般的保護(hù)范圍是指具有0.1%左右的雷擊概率的空間范圍而言的，這個(gè)概率的雷擊概率也是可以接受的。

在雷電先導(dǎo)的初始發(fā)展階段，因先導(dǎo)離地面較高，其發(fā)展方向不受地面物體的影響，但當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展的一定高度時(shí)，由于針較高且有良好的接地，針上因靜電感應(yīng)而集聚了與先導(dǎo)極性相反的電荷使其附近的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，甚至有可能從這些地方發(fā)展向上的迎面先導(dǎo)，影響雷電先導(dǎo)的發(fā)展方向，使之定向向避雷針發(fā)展，進(jìn)而對(duì)避雷針放電，處在避雷針附近的監(jiān)控?cái)z像頭便得到屏蔽，受到保護(hù)，免受雷擊。因此，要避雷針起到保護(hù)作用，一方面要求避雷針必須良好接地，另一方面要求攝像頭必須在避雷針能提供的可靠屏蔽保護(hù)的一定空間范圍內(nèi)。

單支避雷針的保護(hù)范圍（如圖1）是一個(gè)以避雷針為軸的近似圓錐的空間，在高度hx水平面上，其半徑rx可按如下計(jì)算：

當(dāng)hx≥h/2時(shí)，rx=（h-hx）p

當(dāng)h

其中h-避雷針高度（m），

p-高度影響系數(shù)，h≤30m時(shí)，p=1;30m

圖1 單支避雷針的保護(hù)范圍

為防止雷電波沿線路侵入前端設(shè)備，應(yīng)在設(shè)備前的每條線路上加裝合適的避雷器，如電源線（220V或DC12V）、視頻線、信號(hào)線等。

攝像頭的電源使用DC12V。攝像頭由直流變壓器供電時(shí)，單相電源避雷器應(yīng)串聯(lián)或并聯(lián)在直流變壓器前端，如直流電源傳輸距離大于15米，則攝像頭端還應(yīng)串接低壓直流避雷器。

信號(hào)線傳輸距離長(zhǎng)，耐壓水平低，極易感應(yīng)雷電流而損壞設(shè)備，在設(shè)計(jì)信號(hào)傳輸線保護(hù)時(shí)必須考慮信號(hào)的傳輸速率、信號(hào)電平，啟動(dòng)電壓以及通流容量等參數(shù)。

室外的前端設(shè)備（如防護(hù)罩）應(yīng)有良好的接地，接地電阻小于4Ω，山上屬于高土壤電阻率地區(qū)，放寬至小于10Ω。

2.傳輸線路的防雷

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的電源線，室外攝像頭的電源可從終端設(shè)備處引入，也可從監(jiān)視點(diǎn)附近的電源引入。控制信號(hào)傳輸線和報(bào)警信號(hào)傳輸線一般選用多芯屏蔽軟線，敷設(shè)在前端與終端之間。GB50198-1994《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，傳輸部分的線路在敷設(shè)時(shí)，最好采用直埋敷設(shè)方式。條件不允許時(shí)，可采用架空方式。

安裝防雷設(shè)備：

（1）電源模塊防雷器

電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲的作用是當(dāng)雷電流超過電源避雷器最大承受能力時(shí)，由于過流作用，可使保險(xiǎn)絲斷開，同時(shí)由于過截使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險(xiǎn)絲斷開，起到過流和溫度雙重保護(hù)作用。由于電源避雷器常態(tài)工作條件下，電流非常小，只是在雷電沖擊或脈沖電壓沖擊時(shí)，在瞬態(tài)條件下起保護(hù)作用，因此與常規(guī)熱熔保險(xiǎn)絲的使用條件有所區(qū)別，所以電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲應(yīng)有獨(dú)特性能，即在瞬態(tài)條件下的熔斷特性。

電源防雷器包括電源防雷模塊、電源防雷箱、電源防雷插座等。電源防雷器是防止雷電和其他內(nèi)部過電壓侵入設(shè)備造成損壞，從室外防雷與線路防雷相結(jié)合的綜合防雷方案。采用電源防雷器能在最短時(shí)間內(nèi)釋放電路上因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口間的電位差，從而保護(hù)攝像頭。

（2）SPD電涌保護(hù)器

電涌保護(hù)器的工作原理是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

（3）電源插排防雷器

防雷插座具有防雷擊保護(hù)功能，有效吸收來自電源系統(tǒng)的電涌脈沖，確保電器在惡劣環(huán)境下和多雷地區(qū)的安全使用。防雷插座將電源供電系統(tǒng)的雷電、浪涌脈沖予以快速吸收;數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備將免于被浪涌電流侵害，減少其在雷電環(huán)境下被雷擊損壞的概率。

3.終端設(shè)備的防雷

在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控室的防雷最為重要，應(yīng)從直擊雷防護(hù)、雷電波侵入、等電位連接和電涌保護(hù)多方面進(jìn)行。

監(jiān)控室所在建筑物應(yīng)有防直擊雷的接閃器。其防直擊雷措施應(yīng)符合GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)直擊雷保護(hù)的規(guī)定。

進(jìn)入監(jiān)控室的各種金屬管線接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。架空電纜線直接引入時(shí)，在入戶處加裝避雷器，并將線纜金屬外皮及自承鋼索接到接地裝置上。

監(jiān)控室內(nèi)設(shè)置等電位連接母線，該等電位連接母線應(yīng)與建筑物防雷接地、PE線、設(shè)備保護(hù)地、防靜電地等連接到一起。各種電涌保護(hù)器（避雷器）的接地線以最直和最短的距離與等電位連接母排進(jìn)行電氣連接。

由于有80%雷擊高電位是從電源線侵入的，為保證設(shè)備安全，一般電源上應(yīng)設(shè)置三級(jí)避雷保護(hù)。在視頻傳輸線、信號(hào)控制線，入侵報(bào)警信號(hào)線進(jìn)入前端設(shè)備之前或進(jìn)入中心控制臺(tái)前應(yīng)加裝相應(yīng)的避雷保護(hù)器。

良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)。接地電阻值越小過電壓值越低。監(jiān)控中心采用專用接地裝置時(shí)，其接地電阻不得大于4Ω。采用綜合接地網(wǎng)時(shí)，其接地電阻不得大于1Ω。

三、綜述

雷是一種大氣中的放電現(xiàn)象，常常損壞設(shè)備，作為監(jiān)控設(shè)備，也是其易損設(shè)備之一。雷擊主要有兩種：直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷是帶電云層和大地之間放電造成的，可使用避雷針、避雷線和避雷網(wǎng)防避。感應(yīng)雷是由靜電感應(yīng)和雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)兩種原因引起的。感應(yīng)雷約占雷擊率的90%，危害范圍甚廣。

監(jiān)控的電子設(shè)備受雷擊損壞主要是感應(yīng)雷造成的，當(dāng)攝像頭電源線或網(wǎng)線附近產(chǎn)生雷擊時(shí)，在這些地方會(huì)感應(yīng)出很高的電壓，有效的接地能及早泄掉由感應(yīng)產(chǎn)生的電荷，同時(shí)也可泄掉由于設(shè)備漏電而產(chǎn)生的對(duì)地電壓，達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人身安全的目的，因此系統(tǒng)的優(yōu)良接地是系統(tǒng)安全的可靠保證。

雷電是一種自然現(xiàn)象，但造成的危害相當(dāng)巨大，攝像頭的安裝位置大部份都是在房頂或是房的頂角，做好避雷工作是十分必要的，尤其是山上駐地地處高山環(huán)境易受雷擊。數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)安裝初始，隨著雷雨季節(jié)的到來，一個(gè)月內(nèi)部分?jǐn)z像頭遭雷擊，之后經(jīng)過對(duì)山上山下數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)防雷的技術(shù)改造，在一年的時(shí)間內(nèi)防雷效果明顯改善。

作者簡(jiǎn)介：高潔（1988—），女，山東臨沂人，工學(xué)學(xué)士、管理學(xué)學(xué)士，助理工程師，山東大學(xué)信息學(xué)院工程碩士研究生在讀，現(xiàn)供職于山東省新聞出版廣電局蒙山轉(zhuǎn)播臺(tái)，從事廣播電視發(fā)射工作。