智能球機監(jiān)控系統(tǒng)SPD設計分析

（石河子氣象局，石河子市，832000）

1 引言

隨著社會的發(fā)展進步，電視監(jiān)控系統(tǒng)在社會的廣泛應用，其遭雷擊損壞的時間也越來越多,嚴重的使整個系統(tǒng)運行癱瘓，甚至危機人員安全。所以，安防監(jiān)控系統(tǒng)自身的安全性也成為一個新的、重要的問題。為配合其它相關防雷措施，達到保護系統(tǒng)正常運行的目的，有效防止雷電波的侵入，因此需要設計研制一種專門針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的電涌保護器，分析智能球機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的兩路端口，提出其電氣與電子線路的設計和防護方法。

2 智能球機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控電涌保護器概述

雷電和電涌電壓成為信息時代的一大公害。視頻監(jiān)控由大規(guī)模集成電路組成，微電子器件的絕緣強度低，而這些敏感電子設備的工作電壓卻在不斷降低，其數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，因而它們受過電壓特別是雷電襲擊而受到損害的可能性就大大增加，其后果可能使整個系統(tǒng)運行中斷，并造成難以估量的經(jīng)濟損失。

2.1 智能球機監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成及雷電防護

2.1.1 智能球機監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

智能球機監(jiān)控系統(tǒng)，一般由以下三部分組成（如圖1）：

前端部分：主要由攝像機、云臺、防護罩、支架等組成。

傳輸部分：使用同軸電纜、電線、多芯線。

終端部分：主要由控制設備、畫面分割器、監(jiān)視器、錄像存儲設備等組成。

圖1 安防監(jiān)控系統(tǒng)基本構(gòu)成圖

2.1.2 智能球機監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害原因

為了對安全監(jiān)控系統(tǒng)采取有效的防雷保護措施，保障監(jiān)控系統(tǒng)正?？煽康倪\行，首先應明確監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊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重的室外監(jiān)控設備，在分析其損壞原因的基礎上，正確選擇和使用監(jiān)控系統(tǒng)設備的布放、屏蔽及接地方式等[1]。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)如果遭受雷擊，將可能由以下幾種途徑對系統(tǒng)產(chǎn)生破壞。

（1）直擊雷

直擊雷防護是防雷保護不可或缺的重要基礎，是防雷保護不可忽視的組成部分[6]。智能球機監(jiān)控系統(tǒng)前端設備有室外和室內(nèi)兩種，安裝在室內(nèi)的設備一般不會遭受直擊雷，而安裝于室外的設備，多數(shù)處于相對的開闊地帶，雷電直接擊中露天的視頻監(jiān)控上，直接損毀設備，或雷電直接擊在線纜上，造成線纜熔斷、損壞。智能球機監(jiān)控系統(tǒng)前端設備，如攝像頭等，應置于接閃器（避雷針或其它接閃導體）有效保護范圍之內(nèi)。

（2）雷電侵入波

智能球機監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號傳輸線或進入監(jiān)控室的其它金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線、導體侵入設備，導致高電位差使設備損壞。

（3）雷電感應

電磁感應：當附近區(qū)域有雷擊閃絡時，在雷擊落實通道周圍會產(chǎn)生強大的瞬變電磁場。處在電磁場中的監(jiān)控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢，以致?lián)p壞、損毀設備[2]。

靜電感應：當有帶電的雷云出現(xiàn)時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上會感應出與雷云相反的束縛電荷。這種感應電荷在低壓架空線路上可達100kV靜電電位，信號線路上可40～60kV靜電電位，一旦雷云放電后，束縛電荷迅速擴散，即引起感應雷擊。

電磁感應和靜電感應引發(fā)的雷擊現(xiàn)象均稱為感應雷，又稱二次雷。它對設備的損害沒有直擊雷來的猛烈，但它要比直擊雷發(fā)生的機率大得多，有統(tǒng)計顯示，感應雷擊約占現(xiàn)代雷擊事故的80%以上。

（4）地電位反擊

直擊雷防護裝置（避雷針）在引導強大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上產(chǎn)生非常高的瞬時電壓，對周圍與它們靠得近卻又沒與它們連接的金屬物體、設備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，這個電位差引起的電擊就是地電位反擊。這種反擊不僅足以損壞電器和設備，也可能造成人身傷害或火災爆炸事故[2]。

任何一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)均由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、終端系統(tǒng)及控制系統(tǒng)四部分組成。前端系統(tǒng)一般在室外，容易遭受直擊雷和感應雷；同時，通過傳輸系統(tǒng)及傳輸系統(tǒng)本身對雷電的感應，將雷電波傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，損壞終端設備，破壞控制系統(tǒng)。

根據(jù)對智能球機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，以及雷電可能的侵入途徑，為智能球機監(jiān)控系統(tǒng)設計了以下防雷解決方案。

3 智能球機監(jiān)控系統(tǒng)電涌保護器設計原理

3.1 前端設備的防雷措施

前端設備有室外和室內(nèi)安裝兩種情況，安裝在室內(nèi)的設備一般不會遭受直接雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設備的侵害，而室外的設備當其沒有處于建筑物直擊雷安全保護范圍之內(nèi)的則同時需采取防直擊雷措施。為防止雷電波沿線路侵入前端設備，應在設備前的每條線路上加裝適配的電源浪涌保護器，如電源線（220V或24V）、視頻信號線和云臺控制線。攝像機的電源一般使用AC220V或24V，其信號線傳輸距離長，耐壓水平低，極易感應雷電流而損壞設備，為了將雷電流從信號傳輸線傳導入地，信號過電壓浪涌保護器必須能快速響應，同時必須考慮信號的傳輸速率等參數(shù)的匹配。室外的前端設備應有良好的接地，接地母線應采用銅質(zhì)線，接地導線截面積不小于25mm2，接地端子應有地線符號標記。共用接地時接地電阻按接入設備中的最小值確定；單獨接地時接地電阻不得大于4Ω。

3.2 傳輸設備的防雷措施

傳輸設備主要是傳輸信號線和電源線。室外攝像機的電源可從終端設備處引入，也可從監(jiān)視點附近的電源引入?？刂菩盘杺鬏斁€和視頻信號傳輸線一般選用芯屏蔽軟線，架設（或敷設）在前端與終端設備之間。按照防雷理論，直接埋地敷設方式防雷效果最佳，架空線最容易遭受雷擊，并且破壞性大，波及范圍廣，為避免首尾端設備損壞，架空線傳輸時應在每一電桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線纜線路中的金屬管道均應接地。中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入適配的浪涌保護器。采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通且鋼管兩端均必須接地，如電纜全程穿金屬管有困難時，可在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，但埋地長度不得小于15m，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管就進與防雷接地裝置作等電位連接。

3.3 終端設備的防雷措施

控制設備及顯示、記錄設備都是安放在監(jiān)控室內(nèi)，因此監(jiān)控室的防雷應從直擊雷防護、雷電電磁脈沖防護、建筑物或監(jiān)控室屏蔽、等電位連接和電涌保護多方面進行。監(jiān)控室所在建筑物應有防直擊雷的措施，其防直擊雷措施應符合GB50057中有關直擊雷保護的規(guī)定。監(jiān)控室位置應選在建筑物頂四層以下中心部位的LPZ1區(qū)-LPZ2區(qū)。進入監(jiān)控室的各種金屬管線應接到防雷電感應的接地裝置上，架空電纜線直接引入時，在入戶處應加裝適配的電涌保護器，并將線纜金屬外護層及自承鋼索接到接地裝置上。監(jiān)控室內(nèi)應設置等電位連接母線（或金屬板），該等電位連接母線應與建筑物防雷接地、PE線、設備保護地、防靜電地等連接到一起防止危險的電位差，避免地電位反擊損壞設備。所安裝的各種電涌保護器，其接地線應以最直和最短的路徑與等電位連接母排進行等電位連接。

4 小結(jié)

雷電對智能球機監(jiān)控系統(tǒng)的損害方法是多方面的，對智能球機監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要緣故，以及可能的侵入方法作了初步的分析，并且做出以下工作。

（1）分析智能球機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及雷電對智能球機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的危害，在現(xiàn)有的技術基礎上采取完善的雷擊防范措施，將雷擊所導致的風險降低到最小程度。

（2）提出解決方案，在設備的信號端口和電源端口安裝SPD。

（3）在設計SPD時，先要考慮被保護設備的工作原理、電性能參數(shù)、耐受電壓能力及其安裝環(huán)境等參數(shù)，然后考慮信號端口傳輸線路可能傳來的過電壓幅值，合理選擇保護元器件。

（4）安防監(jiān)控系統(tǒng)一般是在二次裝修過程中設置的，因此其防雷重點應主要從防雷電電磁脈沖輻射和防雷電波侵入方面進行防護，對設置在室外的前端設備，同時應對其采取直擊雷防護措施。

以上為智能球機監(jiān)控系統(tǒng)電涌保護器設計的整體思路，總之，在安防監(jiān)控系統(tǒng)防雷裝置設計與施工前，要充分考慮監(jiān)控系統(tǒng)所處的地理、環(huán)境及被保護物的特點等，詳細研究并確定防雷裝置的形式及其布置，方能獲得良好的防雷效果。