雷电对视频监控系统的危害分析及防护研究应用

雷电对视频监控系统的

危害分析及防护研究应用

摘要：雷电给生产生活带来了极大的危害。本文从视频监控系统的角度出发，阐述了雷电对视频监控系统的主要危害及防护措施、防护产品等。关键词：雷电；视频监控系统；防雷前言雷电的危害众所周知，轻者使设备出现“条纹”、“雪花点”等干扰，重者使设备损坏、系统瘫痪，更有甚者发生人员伤亡事故。雷电之所以可怕是由于其本质特性决定：电压超过10亿伏；速度超过每小时16万公里；温度从摄氏一万七千度至二万八千度不等，相当于太阳表面温度(6000℃）的3-5倍。极度高热使沿途空气剧烈膨胀，迅速移动，形成波浪并发出声音，即我们平时所说的“打雷”。雷电伤人事件更是频繁发生：2009年8月27日重庆市响雷11413次，创当年雷电最密集纪录；2004年6月26日,浙江临海市发生强雷暴天气,共造成17人遭雷击死亡；2007年仅1~7月份江西省已因雷电灾害导致死亡102人。雷电不仅威胁人身安全，对电器设备威胁同样存在。由于监控系统中使用的设备内部结构高度集成化，对电磁干扰敏感抗干扰能力弱。而且系统分布广，布线复杂，使监控系统设备遭受雷击的可能性大大增加。雷电对视频监控系统的危害分析

视频监控系统由：前端设备（摄像机、视频发射器、视频服务器等）、传输线路（同轴线缆、双绞线、光纤等）、后端显示设备（监视器、画面分割器、矩阵等）构成。由于设备安装位置的不同，其受到雷电伤害的方式也不经相同。雷电对视频监控系统的危害分析1、对前端设备危害雷电直接击中露天的摄像机，造成设备损坏或雷电直接击在架空线缆上造成线缆损毁（直击雷）。这种雷击方式造成的直接破坏最严重，但出现机率比较小。雷电对视频监控系统的危害分析2、对传输线路危害感应雷又称二次雷，它分为电磁感应和静电感应。当附近区域有雷击闪落时，在雷击闪落通道周围会产生强大的瞬变电磁场。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。在雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就在电路中形成电脉冲，这种现象叫静电感应。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。感应雷造成的设备损坏没有直击雷造成的破坏大，但出现的机率十分高，约占现代雷击事故的80%以上。感应雷可以通过电力电缆、视频线、网络线和天线馈线等侵入，由于电力电缆的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源侵入的感应雷造成的危害十分突出。雷电对视频监控系统的危害分析3、对后端设备危害监控系统的电源线、信号线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线/导体侵入设备，导致高电位差使设备损坏。这种方式我们称为传导雷，最易对后端设备造成危害。视频监控系统的基本防雷技术对于视频监控系统而言，其防雷技术同样分以下三步：1、前端设备的防雷前端设备有室外和室内两种分布方式，室内分布的一般不会受到直击雷击，但需考虑雷电过压对设备的侵害，而室外的设备则需考虑直击雷击。前端设备如摄像头等应置于避雷针有效保护范围之内。对于已经处于其它避雷针或高层建筑原有避雷系统保护范围之内的前端设备，一般可以不再另行考虑直击雷防护；对于未处于任何接避雷系统保护范围之内的前端设备，则均应考虑直击雷防护问题。视频监控系统的基本防雷技术2、传输线路的防雷监控系统多半以上的雷害事故都是因为与系统相连的线路上感应的雷电侵入波过电压造成的。因此，做好与系统相连的线路防护是整体防雷中不容忽视的一环。视频监控系统主要是传输信号线和电源线，而最安全的布线方式则是采取全程穿金属管埋地敷设，同时注意，金属管两端务必做有效接地。摄像机的电源一般使用AC24V或DC12V，是由直流变压器供电的，单相电源避雷器应串联或并联在直流变压器前端，如直流电源传输距离大于15米，则摄像机端还应串接低压直流避雷器。视频监控系统的基本防雷技术3、终端设备的防雷监控室防雷是监控系统防雷的核心，应从直击雷防护、雷电侵入波、等电位连接、电涌保护多方面进行。监控室主要设备包括监控中心电脑、视频矩阵、硬盘录像机、对讲系统以及监控室电源等。监控系统设备机房位置应选择在雷电保护区最高级区和避免设在建筑物的顶三层内。当建筑物天面部分的避雷网格尺寸不符合系统抗干扰的要求时，应在天面加装屏蔽层。使用非屏蔽电缆，入户前应穿金属管并埋入地中。如受条件限制无法穿金属管埋地入户，则应加长入户屏蔽管或栈桥长度，金属管或栈桥的两端以及在雷电防护区交界处要做等电位连接和接地。监控系统设备为金属外壳时，应用最短的导线将其与等电位连接带连接。如是非金属外壳，当设备所在建筑物屏蔽未达到设备的电磁兼容性要求时，应加装金属网或其它屏蔽体对设备屏蔽，金属网应与等电位连接带进行等电位连接。计算机、通信、监控机房的设备应与建筑物外墙保持1米左右距离，以防止建筑物遭到直击雷时沿外墙泄流入地的引下线周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。视频监控系统的基本防雷技术（1）监控室电源系统的防雷由于有70%雷击高电位是从电源线侵入的，为保证设备安全，一般电源上应设置三级避雷保护。在监控室所在建筑物总配电处安装三相电涌保护器，通流容量为80KA(波形8/20μs)，作为电源第一级保护。在监控室分电箱处安装三相模块式电源电涌保护器，最大通流容量40KA，作为第二级保护。在监控室UPS电源或监控设备前安装单相串联避雷器，串联安装，作为电源线路第三级保护。监控室设备前安装通流容量为10KA单相防雷插座，作为精细电源防雷保护，对电源箝位和滤波。如果不能分级做电源电涌保护，则建议在监控室安装B+C复合型三相电源防雷器。在监控室UPS电源前安装单相串联电源避雷器，作为电源线路第三级保护。监控室设备前安装通流容量为10KA单相电源防雷插座。作为精细电源防雷保护，对电源箝位和滤波。视频监控系统的基本防雷技术（2）监控室控制系统的防雷控制室视频采用16口组合式视频避雷器，以保护硬盘录像机视频输入口不被浪涌电压击坏。由光纤传送信号的摄像枪等不考虑安装视频避雷器。硬盘录像机RS232接口采用RS232接口避雷器，以保护硬盘录像机串口不被浪涌电压击坏。所有进入控制室的控制线路加装控制线路避雷器。各个防雷产品的防护效果

随着人们对雷击的不断研究、重视，防雷产品也不断的更新。其种类繁多，大致可分为四大类:1、避雷针避雷针是接闪器的一种，最早出现，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电，两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到避雷效果。实际上，避雷针是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭受雷击。由于传统接闪器并没有消除雷击，而只是将雷电流引向自身，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。各个防雷产品的防护效果

2、防雷器防雷器应用最为广泛的就是三合一防雷器，视频监控系统专用三合一防雷器是针对摄像机专用防雷器，为一体化多功能防雷器。三合一防雷器可以分别对监控云台摄像机/网络摄像机的电源、视频/音频、云台控制线路实施浪涌保护，平衡各线路电位差，使其免受感应过电压、操作过电压和静电放电等的损坏。防雷器对前端设备的防雷效果特别明显，大大降低了雷电对摄像机的危害。各个防雷产品的防护效果

3、浪涌保护器浪涌保护器是对电源的保护，其作用主要是用来限制瞬态过电压及泄放相应的瞬态过电流，它并联于电路中，一侧接于相线上，一侧接地，当电压正常的时候它是高阻状态；当浪涌过电压来的时候，它成短路状态，从而与大地短接，泄放过电流，从而保护用电设备。浪涌保护器主要保护监控电源这一块，防止电压的大范围波动，效果也很明显。各个防雷产品的防护效果

4、防雷摄像机内置了防雷设备的监控摄像机是把防雷技术融入到监控设备内，形成一体机防雷产品。在理念上与常规防雷释放能量不同，他们采用的是消耗能量。当感应到有雷电且超过安全电压时，通过线路损耗来削弱电压。当然在供电方面有一定的局限性，由于该防雷系统遇强电流有“跳闸”的现象，在集中供电的情况会有一定影响。这类摄像机价格昂贵，且生产厂家较少。应用前景

在监控系统中，特别是雷区（如大冶铁矿山多、海拔高）的监控系统，应用有效接地、前端设备加三合一防雷器、电源安装浪涌保护器等措施后雷电对整个系统造成的危害明显减轻。起到了防雷保护作用，保障了系统的稳定运行，为