浅谈校园视频监控系统综合防雷措旋

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【摘要】分析视频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，介绍雷击保護的基本原则及视频监控系统的综合防雷措施，提出了校园视频监控系统防雷设计方案。 

【关键词】校园视频　监控系统　防雷  随着通信和计算机技术的发展，视频监控系统大量用于学校的辅助管理，特别是在中职学校学生管理中发挥着特殊的作用，因此对系统运行的可靠性提出更高的要求。目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击，实践证明是经济和有效的。但是，随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用和联网，避雷针对这些电子设备的保護却显得薄弱。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。当前，视频监控系统因受到雷击引起设备损坏，自动化监控失灵的事件也常有发生。视频监控子系统中部分前端摄像机设计为室外安装方式，对于雷雨多发地区必须设计安装防雷电系统。为了能够准确、有效地提供视频监控系统的防雷解决方案，我们首先应准确了解视频监控系统的系统构成，进而准确分析视频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。选用合适的防雷保護装置，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，有效提高视频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。  一、雷电对监控系统的侵害途径及破坏方式  雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈摩擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。雷电对视频监控系统的侵害主要途径有以下几方面：  第一，直击雷。这是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷威力巨大，雷电压可达几万伏至几百万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。建筑物本身受雷电直击时，和建筑物连接的金属导体包括建筑物钢筋与地极之间产生瞬时电位差，构成摧毁电子设备之冲击过电压。  第二，雷电波侵入。系统的电源线、信号传输或进入监控室的金属管线遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线侵入设备，造成电位差使设备损坏。  第三，雷电感应。当雷击中避雷针时，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场。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，这种现象叫电磁感应。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都会感应出与雷云相反的电荷，这种现象叫静电感应。电磁感应和静电感应统称为感应雷，又叫二次雷，它要比直击雷发生的概率大得多。由感应雷引起的事故约占雷害事故的80％～90％。针对感应雷的破坏途径，可采取接地、分流、屏蔽、均压等电位等方法进行有效的防護，以保证人身和设备的安全。  二、雷击保護的基本原则  欲使设备得到很好的保護，首先应对其所处的环境、受雷电影响的程度作出客观的估计，因它与出现过电压的幅值、概率、网络结构、设备抗电压能力、保護水平和接地等有关；防雷工作应作为一项系统工程来考虑，强调全面防護(包括建筑物、传输线路、设备和接地等)，综合治理，且要做到科学、可靠、实用和经济。针对感应雷瞬时能量较大的特点，根据iec国际标准对能量逐级吸收的理论，及防護区间量级分类的原则，需要做多级防護。  防雷工程的一个重要的方面是接地以及引下线路的布线工程，整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此，所以应该认真地、系统地研究。电力、电子设备的接地，是保障设备安全、操作人员安全和设备正常运行的必要措施。可以认为，凡是与电网连接的所有仪器设备都应当接地；凡是电力需要到达的地方，就是接地工程需要做到的地方。由此可以知道接地工程的广泛性和重要性。一方面，随着时代的进步，强功能高价值设备的广泛使用，要求提供更加可靠的接地保護；另一方面，微电子技术的推广，使得现代设备要求更低的接地电阻，还往往需要抗干扰。实践要求有更加系统的接地理论来对工程实际进行指导。根据近年来的设计施工经验，笔者认为：首先接地连接方式和接地参数并重；其次以减小或消除同系统中不同性质的接地(如防雷地、工作地、外壳接地、静电地、信号地等)之间的电位差为目的，选用适当的布线方式；最后根据地网所在地的接地电阻、土层分布等地质情况，尽量进行准确设计。  当今社会电子计算机技术、微波通信技术日益发展，各类电子设备大量应用，雷击电感应到附近的导体中形成过电压，可高达几千伏，对微电子设备的危害极大。雷电电磁脉冲的主要侵入通道有电源线路、各类信号传输线路、天馈路线和进入系统的管、缆、桥架等导体侵入设备系统，造成电子设备失效或永久性损坏。因此，雷击电磁脉冲的防護是在入侵通道上将雷电流泄放入地，从而达到保護电子设备的目的。其主要方法是采用隔离、等位、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压过流保護、接地等方法将雷电过电压、过电流及雷击电磁脉冲消除在设备外围，从而有效地保護各类设备。目前主要采用气体放电管、放电间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求，组合成电源线、天馈线、信号线系列电涌保護器(spd)安装在微电子设备备的外连线路中，地线按共同接地原则接入系统的地线，才不至于造成地位反击。只要设计合理、安装合格，电涌保護器就能有效的防御雷电。  三、视频监控系统综合防雷措施  视频监控系统防雷是一项综合性工程，主要包括外部防雷和内部防雷两个方面：外部防雷包括：避雷针、避雷带、引下线、接地极等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放人大地。内部防雷系统是为保護建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。主要以空间屏蔽、等电位连接、减少接近耦合、过电压保護等措施，通过在需要保護设备的前端安装合适的避雷器即过电压保護，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地。  (一)接地系统。接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷，最终都是把雷电流送人大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，  散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。对于计算机场地的接地电阻要求≤4欧姆，并且采取共用接地的方法将避雷接地、电器安全接地、交流地、直流地统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立地，则应在两地网间用地极保護器连接，这样，两地网之间平时是独立的，防止干扰，当雷电流来到时两地网间通过地极保護器瞬间连通，形成等电位连接。  (二)防雷等电位连接。等电位连接的目的，在于减少需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区交界的金属部件和系统，以及在一个防雷区内部的金属部件和系统，都应在防雷区交界处做等电位连接。应采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带做等电位连接，而且当需要时，应采用避雷器做暂态等电位连接。  (三)屏蔽和分区防雷保護。从雷电的入侵途径可知，雷电会产生强大的电磁波，在周围的导体上产生感应雷电流，也会构成对电子设备的直接冲击损坏。据资料统计，2.4高斯的电磁波冲击就能造成电子设备的直接损坏，0.03高斯的电磁波冲击就能造成电子设备的误动。屏蔽是减少电磁波破坏的基本措施，包括外部屏蔽措施、适当的布线措施、线路的屏蔽措施。雷电保護区是以屏蔽层为界面来划分的。  国际电工委员会1ecl312《雷电电磁脉冲的防護》对雷电保護区的划分问题，提出了原则性的建议。  一个欲保護的区域，从emc(电磁兼容)的观点来看，由外到内可分为几级保護区，最外层是0级，危险性最高；我国大多数情况下的机房，就与0区仅一墙之隔，即只有一层屏蔽，则该机房内空间定为1区；各电子设备的外壳为一层屏蔽层，可视机壳内的空间为2区等。越往内部，危险程度越低，过压主要是沿线穿过的，保護区的界面通过外部防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层面形成。穿过各级雷电保護区的金属构件，一般应在保護区的分界面做等电位连接。  四、校园视频监控系统防雷设计方案  (一)前端摄像机的防雷。前端摄像机主要分为两类：带云台摄像机和球机：在带云台摄像机和球机的视频线、控制线与电源线处加装tit三合一监控专用防雷器tpss12d12，此款防雷器集视频线防雷，控制线防雷，电源线防雷与一体。安装方便，易维護。普通枪机：普通枪机的防雷我们只要考虑视频线和电源线的防雷保護，在进入摄像机的视频线处串接视频信号防雷器ts12ubfm，如电源使用直流，并联安装tp20d12直流电源防雷器，如使用交流电，则安装ta10c24交流24v电源防雷器。防雷器安装在离被保護设备距离越近越好。  (二)前端设备直击雷的防護。每个摄像机均安装在比较高的立杆之上，所以设备的直击雷防護必不可少。具体措施：在每根立杆顶端加装避雷针一根，根据滚球法计算，避雷针的有效保護范围在30度夹角类，所以避雷针的高度，必须按照设备的安装位置计算。  (三)前端设备的接地。防雷器的接地非常重要，如果接地没有做好，防雷器起不了作用，所以一个良好的接地是相当重要的。要求接地地阻应做到小于4欧姆以下。根据描述现场情况。前端设备接地具体措施：摄像机均安装在立杆上，如现场土壤情况较好(石沙等不导电物质较少)的情况下，可以利用立杆直接接地，把摄像机与防雷器的地线直接焊接在立杆上即可。反之，如现场土壤情况情况恶劣(石沙等不导电物质较多)，则要借用导电设备，利用扁钢与角钢等。具体措施：用40×3的扁钢沿立杆拉下，防雷器和摄像机的地线与扁钢妥善焊接，用角钢打人地底2～3米，与扁钢焊接好，地阻测试根据国标小于4欧姆即可。