（石河子氣象局，石河子市，832000）

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，電視監(jiān)控系統(tǒng)在社會(huì)的廣泛應(yīng)用，其遭雷擊損壞的時(shí)間也越來(lái)越多,嚴(yán)重的使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，甚至危機(jī)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(gè)新的、重要的問(wèn)題。為配合其它相關(guān)防雷措施，達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的目的，有效防止雷電波的侵入，因此需要設(shè)計(jì)研制一種專門針對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的電涌保護(hù)器，分析智能球機(jī)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(shè)計(jì)和防護(hù)方法。

2 智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控電涌保護(hù)器概述

雷電和電涌電壓成為信息時(shí)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(qiáng)度低，而這些敏感電子設(shè)備的工作電壓卻在不斷降低，其數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，因而它們受過(guò)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(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中斷，并造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。

2.1 智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成及雷電防護(hù)

2.1.1 智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

智能球機(jī)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(jī)、云臺(tái)、防護(hù)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(shè)備、畫面分割器、監(jiān)視器、錄像存儲(chǔ)設(shè)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害原因

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(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞。

（1）直擊雷

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

（2）雷電侵入波

智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號(hào)傳輸線或進(jìn)入監(jiān)控室的其它金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿這些金屬導(dǎo)線、導(dǎo)體侵入設(shè)備，導(dǎo)致高電位差使設(shè)備損壞。

（3）雷電感應(yīng)

電磁感應(yīng)：當(dāng)附近區(qū)域有雷擊閃絡(luò)時(shí)，在雷擊落實(shí)通道周圍會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)。處在電磁場(chǎng)中的監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，以致?lián)p壞、損毀設(shè)備[2]。

靜電感應(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會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的束縛電荷。這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)100kV靜電電位，信號(hào)線路上可40～60kV靜電電位，一旦雷云放電后，束縛電荷迅速擴(kuò)散，即引起感應(yīng)雷擊。

電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)引發(fā)的雷擊現(xiàn)象均稱為感應(yīng)雷，又稱二次雷。它對(duì)設(shè)備的損害沒(méi)有直擊雷來(lái)的猛烈，但它要比直擊雷發(fā)生的機(jī)率大得多，有統(tǒng)計(jì)顯示，感應(yīng)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(hù)裝置（避雷針）在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流流入大地時(shí)，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生非常高的瞬時(shí)電壓，對(duì)周圍與它們靠得近卻又沒(méi)與它們連接的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，這個(gè)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(shè)備，也可能造成人身傷害或火災(zāi)爆炸事故[2]。

任何一個(gè)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(yīng)雷；同時(shí)，通過(guò)傳輸系統(tǒng)及傳輸系統(tǒng)本身對(duì)雷電的感應(yīng)，將雷電波傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，損壞終端設(shè)備，破壞控制系統(tǒng)。

根據(jù)對(duì)智能球機(jī)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下防雷解決方案。

3 智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電涌保護(hù)器設(shè)計(jì)原理

3.1 前端設(shè)備的防雷措施

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)備一般不會(huì)遭受直接雷擊，但需考慮防止雷電過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的侵害，而室外的設(shè)備當(dāng)其沒(méi)有處于建筑物直擊雷安全保護(hù)范圍之內(nèi)的則同時(shí)需采取防直擊雷措施。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適配的電源浪涌保護(hù)器，如電源線（220V或24V）、視頻信號(hào)線和云臺(tái)控制線。攝像機(jī)的電源一般使用AC220V或24V，其信號(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，為了將雷電流從信號(hào)傳輸線傳導(dǎo)入地，信號(hào)過(guò)電壓浪涌保護(hù)器必須能快速響應(yīng)，同時(shí)必須考慮信號(hào)的傳輸速率等參數(shù)的匹配。室外的前端設(shè)備應(yīng)有良好的接地，接地母線應(yīng)采用銅質(zhì)線，接地導(dǎo)線截面積不小于25mm2，接地端子應(yīng)有地線符號(hào)標(biāo)記。共用接地時(shí)接地電阻按接入設(shè)備中的最小值確定；單獨(dú)接地時(shí)接地電阻不得大于4Ω。

3.2 傳輸設(shè)備的防雷措施

傳輸設(shè)備主要是傳輸信號(hào)線和電源線。室外攝像機(jī)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?？刂菩盘?hào)傳輸線和視頻信號(hào)傳輸線一般選用芯屏蔽軟線，架設(shè)（或敷設(shè)）在前端與終端設(shè)備之間。按照防雷理論，直接埋地敷設(shè)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(shè)備損壞，架空線傳輸時(shí)應(yīng)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(yīng)接地。中間放大器輸入端的信號(hào)源和電源均應(yīng)分別接入適配的浪涌保護(hù)器。采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設(shè)，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(shí)，可在電纜進(jìn)入終端和前端設(shè)備前穿金屬管埋地引入，但埋地長(zhǎng)度不得小于15m，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管就進(jìn)與防雷接地裝置作等電位連接。

3.3 終端設(shè)備的防雷措施

控制設(shè)備及顯示、記錄設(shè)備都是安放在監(jiān)控室內(nèi)，因此監(jiān)控室的防雷應(yīng)從直擊雷防護(hù)、雷電電磁脈沖防護(hù)、建筑物或監(jiān)控室屏蔽、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)有防直擊雷的措施，其防直擊雷措施應(yīng)符合GB50057中有關(guān)直擊雷保護(hù)的規(guī)定。監(jiān)控室位置應(yīng)選在建筑物頂四層以下中心部位的LPZ1區(qū)-LPZ2區(qū)。進(jìn)入監(jiān)控室的各種金屬管線應(yīng)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)，在入戶處應(yīng)加裝適配的電涌保護(hù)器，并將線纜金屬外護(hù)層及自承鋼索接到接地裝置上。監(jiān)控室內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接母線（或金屬板），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防止危險(xiǎn)的電位差，避免地電位反擊損壞設(shè)備。所安裝的各種電涌保護(hù)器，其接地線應(yīng)以最直和最短的路徑與等電位連接母排進(jìn)行等電位連接。

4 小結(jié)

雷電對(duì)智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的損害方法是多方面的，對(duì)智能球機(jī)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及雷電對(duì)智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的危害，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上采取完善的雷擊防范措施，將雷擊所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)降低到最小程度。

（2）提出解決方案，在設(shè)備的信號(hào)端口和電源端口安裝SPD。

（3）在設(shè)計(jì)SPD時(shí)，先要考慮被保護(hù)設(shè)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(hào)端口傳輸線路可能傳來(lái)的過(guò)電壓幅值，合理選擇保護(hù)元器件。

（4）安防監(jiān)控系統(tǒng)一般是在二次裝修過(guò)程中設(shè)置的，因此其防雷重點(diǎn)應(yīng)主要從防雷電電磁脈沖輻射和防雷電波侵入方面進(jìn)行防護(hù)，對(duì)設(shè)置在室外的前端設(shè)備，同時(shí)應(yīng)對(duì)其采取直擊雷防護(hù)措施。

以上為智能球機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電涌保護(hù)器設(shè)計(jì)的整體思路，總之，在安防監(jiān)控系統(tǒng)防雷裝置設(shè)計(jì)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(hù)物的特點(diǎn)等，詳細(xì)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。