視頻監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)研究

摘" 要：如今計算機(jī)和自動控制系統(tǒng)的成熟運用和大范圍推廣，更加高效全面的監(jiān)控系統(tǒng)在各行各業(yè)當(dāng)中得到廣泛運用。因為監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)所覆蓋和包含的范圍與場景較為復(fù)雜，因此走線和布線通常都是非常凌亂，這就導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備遭受雷擊的可能性大幅增加。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全體系構(gòu)建當(dāng)中的重要組成部分，為確保能夠平穩(wěn)運行，做到正確雷電防護(hù)是十分重要的。該文針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)雷電入侵渠道及生成原因進(jìn)行深入分析，并以實際案例為切入點簡單介紹電涌保護(hù)器的性能參數(shù)、線纜屏蔽、系統(tǒng)接地等電位連接的現(xiàn)代化防雷理念。

關(guān)鍵詞：信息化；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；安全防范技術(shù)；雷擊；電磁干擾；雷電防護(hù)

中圖分類號：TU895" " " 文獻(xiàn)標(biāo)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(jiān)控系統(tǒng)來說防雷工作的核心就是應(yīng)當(dāng)充分考慮對于系統(tǒng)組成的每一個單獨設(shè)備的防雷。并且隨著防雷技術(shù)設(shè)計的愈發(fā)成熟，應(yīng)用在不同環(huán)境當(dāng)中的防雷系統(tǒng)也會有所區(qū)別。如今想要對系統(tǒng)完成標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化的防雷內(nèi)容制定是非常困難的。因此為能夠更好地完成系統(tǒng)設(shè)計的講解，將會把組成監(jiān)控系統(tǒng)的每個細(xì)節(jié)進(jìn)行大致闡述，針對不同的系統(tǒng)能夠完成不同的組合。為保證監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施做到行之有效，保證系統(tǒng)可安全穩(wěn)定運行，不僅應(yīng)當(dāng)對可能會產(chǎn)生雷擊現(xiàn)象遭損毀的組成設(shè)備及遭損毀的原因進(jìn)行講解，還要對容易被雷擊損毀的設(shè)備完成深層次的成因分析。

1" 視頻監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)成及雷害成因

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

視頻監(jiān)控系統(tǒng)共有5部分構(gòu)成，包含攝像、傳輸、控制、顯示和記錄登記，在這5部分當(dāng)中，現(xiàn)市場上主流的攝像頭主要是通過網(wǎng)線及光纖將拍攝下來的圖像以數(shù)字化的形式傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控系統(tǒng)的控制主機(jī)，控制主機(jī)再把視頻信號通過轉(zhuǎn)化生成視頻圖像數(shù)字信號，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€監(jiān)視器及錄像設(shè)備上，并且還能夠把相應(yīng)的語音信號同步傳輸、錄入到攝像機(jī)內(nèi)。利用控制主機(jī)管理人員能夠發(fā)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(yuǎn)景的對焦，利用管理系統(tǒng)能夠完成多線路的視頻顯示內(nèi)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(jī)（白光和紅外）、鏡頭、云臺、保護(hù)罩與安裝支架等5部分；傳輸運用同軸線纜、網(wǎng)線、光纖和多芯線等，采取地埋、架空或管道鋪設(shè)等方式傳輸和控制信號；終端部分主要包括顯示設(shè)備、交換處理設(shè)備、控制設(shè)備及存儲設(shè)備等4大部分。

1.2 系統(tǒng)雷害成因

1.2.1" 直擊雷損壞

視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備被雷擊，最直接的會造成前端設(shè)備的損壞，例如攝像頭、云臺等。因為在雷擊設(shè)備時，會產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng)，這些效應(yīng)都會對監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生物理破壞。大部分室外前端設(shè)備的安裝位置都較為空曠，部分地方監(jiān)控設(shè)備的安裝位置都要比周邊建筑物高，因此導(dǎo)致視頻監(jiān)控前端設(shè)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(jié)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)周邊出現(xiàn)云閃或地閃的時候，視頻監(jiān)控前端設(shè)備受到雷擊的影響后，因雷電內(nèi)部的電流能量巨大，因此在視頻監(jiān)控設(shè)備周圍空間內(nèi)瞬間爆發(fā)出強(qiáng)烈的電磁場，處于室外空間的金屬物體及設(shè)備電路都會出現(xiàn)數(shù)值異常的感應(yīng)過電壓，電壓會通過供電線路、信號線路直接進(jìn)入到系統(tǒng)當(dāng)中，異常的電流會直接擊穿整套設(shè)備中保護(hù)相對較為薄弱的監(jiān)控設(shè)備。

1.2.3" 雷電感應(yīng)

雷電在擊中避雷針的情況下，引地線周邊就會出現(xiàn)極強(qiáng)的電磁場。處在磁場周邊的設(shè)備及傳輸線路內(nèi)部就會出現(xiàn)極強(qiáng)的電動勢，這種現(xiàn)象稱之為電磁感應(yīng)。當(dāng)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(yīng)到與雷暴云相反的電荷，這些感應(yīng)和電荷依附在架空的傳輸線纜上，就是通常說的靜電感應(yīng)，雖然沒有直接雷擊對設(shè)備的損害強(qiáng)度大、損傷度高，但是發(fā)生的概率卻比直接雷擊要大得多。

2" 視頻監(jiān)控系統(tǒng)綜合防雷

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成包括了前端采集設(shè)備、后端顯控設(shè)備、中間傳輸設(shè)備等系統(tǒng)。組成系統(tǒng)的各種設(shè)備，其內(nèi)部都包含了大量的集成電路，因此在出現(xiàn)雷擊的時候傳輸設(shè)備內(nèi)部就會感應(yīng)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(jiān)控防雷接地系統(tǒng)當(dāng)中的許多傳輸線路都處在LPZOA的非防雷區(qū)域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中一般采用隔離、等電位、鉗位、濾波、屏蔽、過壓過流保護(hù)及接地等預(yù)防雷擊的方法，其核心原理就是將雷電產(chǎn)生的過壓電流和附帶的超強(qiáng)秒脈沖與電磁干擾引導(dǎo)和消除在視頻監(jiān)控系統(tǒng)以外，以此達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。如今絕大數(shù)的防雷擊辦法都是將電涌保護(hù)器安裝在監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)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(xiàn)電位反擊。設(shè)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(hù)器能夠真正保護(hù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

在工程領(lǐng)域當(dāng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)（POE）供電，這2種供電模式也是我們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槌Ｒ姷墓╇姺N類。對于監(jiān)控室顯示設(shè)備的組成更為復(fù)雜。以防雷角度來考慮顯示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不需要進(jìn)行詳細(xì)講解，只需要考慮到其與前端攝像頭的關(guān)系就行。傳輸線路有多種形式，有利用同軸線纜的，有利用網(wǎng)線的，有利用無線設(shè)備的，也有利用光纖傳輸?shù)模瑢嶋H傳輸方式的確定還要參考實際的系統(tǒng)使用需求。傳輸線路的選擇不同，所采用的設(shè)備類型也不同，對防雷的要求也是不一樣的。

2.1" 前端設(shè)備防雷

前端設(shè)備安裝環(huán)境一般包括室內(nèi)與室外，安裝在室內(nèi)的前端設(shè)備遭受雷擊的概率是比較小的，但是在施工設(shè)計的時候也應(yīng)當(dāng)考慮線路電壓變化會對前端設(shè)備產(chǎn)生的影響，對于室外安裝的前端設(shè)備應(yīng)當(dāng)對雷擊進(jìn)行嚴(yán)格防護(hù)。室外攝像機(jī)防雷如圖1所示。

比如攝像頭應(yīng)當(dāng)安裝在接閃器的有效防護(hù)范圍之內(nèi)。攝像頭安裝時應(yīng)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(huán)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(yīng)當(dāng)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(jīng)避雷針的閃電產(chǎn)生的電磁感應(yīng)不會對攝像頭產(chǎn)生影響，同時也應(yīng)當(dāng)對攝像頭的電源線及信號傳輸線進(jìn)行防電磁屏蔽防護(hù)。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(jìn)行前端設(shè)備防雷保護(hù)。

對于攝像機(jī)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(dāng)直流電源傳輸距離超過15 m時，還應(yīng)當(dāng)在攝像機(jī)的前端串接低壓直流避雷器。

當(dāng)視頻信號的傳輸距離過長時，設(shè)備會因感應(yīng)雷電流過強(qiáng)而損毀，為保證能夠順利把雷電的強(qiáng)大電流傳輸?shù)降孛?，信號過電壓保護(hù)器的響應(yīng)要足夠迅速，因此在保護(hù)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(shù)。

在室外環(huán)境若使用POE的供電方式，交換機(jī)的選擇應(yīng)當(dāng)具有良好的防雷性。處于室外的前端設(shè)備要確保性能良好的接地，接地電阻應(yīng)不大于4 Ω，如遇不宜達(dá)標(biāo)的環(huán)境，可采取換土或加降阻劑等辦法。

2.2" 傳輸線路防雷

監(jiān)控系統(tǒng)線路主要有電源線和信號傳輸線?？刂菩盘柵c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(jī)。傳輸部分的線路在施工中通常使用直埋敷設(shè)的方式，若施工環(huán)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(shè)，要滿足其共桿架設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)遭到雷擊的問題，通過大量真實案例的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在所有的雷擊事件當(dāng)中掩埋線路出現(xiàn)雷擊事故占比30%，就算雷擊發(fā)生的位置比較偏遠(yuǎn)，但還會有部分強(qiáng)電流通過地面流經(jīng)到線路內(nèi)部。由于金屬管具有一定的屏蔽作用及雷電流的集膚效應(yīng)，因此使用帶有屏蔽層的線纜或者線纜穿鋼管的埋設(shè)方式（確保鋼管的電器聯(lián)通），可有效防止電磁干擾。

2.3" 終端設(shè)備防雷

在整套視頻監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，對于監(jiān)控室防雷工作的重視程度同樣必要，并且要以直擊雷防護(hù)、雷電波侵入、等電位連接及電泳保護(hù)多方為切入點完成防雷擊的保護(hù)工作。監(jiān)控室所在的建筑物應(yīng)當(dāng)安裝避雷裝置，且要安裝能夠釋放感應(yīng)雷的接地裝置，防止直擊雷直接進(jìn)入到監(jiān)控室的各種導(dǎo)線中。架空電纜入戶安裝時應(yīng)當(dāng)安裝有避雷器，同時把電纜金屬外保護(hù)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(yīng)當(dāng)通過兩端始終處于電器貫通狀態(tài)的金屬管道進(jìn)行保護(hù)，且金屬管道也應(yīng)當(dāng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的屏蔽層，因此對于電源線和信號線的進(jìn)入應(yīng)當(dāng)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(tǒng)防雷示意圖如圖3所示。

3" 監(jiān)控室等電位連接與共用接地

1）在進(jìn)入監(jiān)控室前完成各種管線的屏蔽層、機(jī)器等的等電位連接及接地，且在接入到設(shè)備之前要完成詳細(xì)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(jiān)控室之前就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行接地處理。

2）把分開的導(dǎo)電裝置用等電位連接導(dǎo)體后接地，以降低系統(tǒng)設(shè)備在工作時因雷擊導(dǎo)致建筑物金屬物體與設(shè)備之間因雷擊產(chǎn)生的電位差。借助鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所具有的金屬物體構(gòu)件組成三維化的金屬連接網(wǎng)絡(luò)完成等電位連接。有的建筑物在設(shè)計建造的時候就會預(yù)留出一系列的用電設(shè)備接口。

3）建筑物當(dāng)中所有的水管、采暖、空調(diào)管道等各種金屬外層在接入到建筑物時都應(yīng)進(jìn)行等電位連接。

4" 結(jié)束語

雷擊對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來講產(chǎn)生的影響和破壞是十分嚴(yán)重的，隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的成熟發(fā)展與大面積應(yīng)用，更加具有智能化、信息化的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是未來行業(yè)發(fā)展的方向和趨勢，視頻監(jiān)控用來穩(wěn)定社會發(fā)展秩序和確保人民生命財產(chǎn)安全有著功不可沒的作用，所以確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與安全就成了行業(yè)發(fā)展當(dāng)中不得不認(rèn)真思考的問題。如今視頻監(jiān)控的種類與功能越來越多，因此對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防護(hù)工作也越來越繁瑣，防雷擊就是視頻監(jiān)控防護(hù)當(dāng)中的一種，對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷擊工作不單單是完成系統(tǒng)內(nèi)部的安全設(shè)計和處理，同時還要考慮到在系統(tǒng)施工前所處的環(huán)境特點，探究和設(shè)計出更加符合實際應(yīng)用場景的線纜布設(shè)方式、屏蔽及接地方式。因此，系統(tǒng)性的防雷設(shè)計應(yīng)當(dāng)是十分全面和科學(xué)的，只有這樣才能保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)安全長期的運行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬宏君，李博淵.現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端的防雷設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2018，9（12）：29-31.

[2] 彭文.閩江航道視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷設(shè)計[J].中國水運（下半月），2017，17（2）：85-86.

[3] 陳曉彬，汪毅，倪俊.中波臺站視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷及抗干擾簡述[J].西部廣播電視，2016（18）：228.

[4] 關(guān)強(qiáng)華，黃建華，羅森文，等.視頻監(jiān)控室外系統(tǒng)的防雷[J].廣東通信技術(shù)，2016，36（4）：18-24，43.

[5] 吳仕軍，吳安坤，甘孝明，等.視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷安全設(shè)計探討[J].價值工程，2016，35（9）：142-144.

[6] 聶新宇，唐嶸，唐瑤.淺析視頻監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)[J].科技資訊，2015，13（20）：18-19.

[7] 高遠(yuǎn)，任文力.關(guān)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷保護(hù)建議[J].中國新通信，2015，17（16）：127-128.