淺談校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)綜合防雷措旋

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【摘要】分析視頻監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因以及可能的雷擊過(guò)電壓的入侵途徑，介紹雷擊保護(hù)的基本原則及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防雷措施，提出了校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案。 

【關(guān)鍵詞】校園視頻　監(jiān)控系統(tǒng)　防雷  隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)大量用于學(xué)校的輔助管理，特別是在中職學(xué)校學(xué)生管理中發(fā)揮著特殊的作用，因此對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性提出更高的要求。目前，世界上各種建筑、設(shè)施大多數(shù)仍在使用傳統(tǒng)的避雷針?lè)览住Ｓ帽芾揍樂(lè)乐怪苯永讚?，?shí)踐證明是經(jīng)濟(jì)和有效的。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大量精密電子設(shè)備的使用和聯(lián)網(wǎng)，避雷針對(duì)這些電子設(shè)備的保護(hù)卻顯得薄弱。避雷針不能阻止感應(yīng)雷擊過(guò)電壓、操作過(guò)電壓以及雷電波入侵過(guò)電壓，而這類過(guò)電壓卻是破壞大量電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)?。?dāng)前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)因受到雷擊引起設(shè)備損壞，自動(dòng)化監(jiān)控失靈的事件也常有發(fā)生。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中部分前端攝像機(jī)設(shè)計(jì)為室外安裝方式，對(duì)于雷雨多發(fā)地區(qū)必須設(shè)計(jì)安裝防雷電系統(tǒng)。為了能夠準(zhǔn)確、有效地提供視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷解決方案，我們首先應(yīng)準(zhǔn)確了解視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，進(jìn)而準(zhǔn)確分析視頻監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因以及可能的雷擊過(guò)電壓的入侵途徑。選用合適的防雷保護(hù)裝置，研究和探討信號(hào)、電源線路的合理布放，明確屏蔽及接地方式，方可給出準(zhǔn)確的、系統(tǒng)的防雷解決方案，有效提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的抗雷擊過(guò)電壓干擾能力，優(yōu)化系統(tǒng)的整體防雷水平。  一、雷電對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的侵害途徑及破壞方式  雷電是由天空中云層間的相互高速運(yùn)動(dòng)、劇烈摩擦，使高端云層和低端云層帶上相反電荷。此時(shí)，低端云層在其下面的大地上也感應(yīng)出大量的異種電荷，形成一個(gè)極大的電容，當(dāng)其場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)地放電，這就是雷電現(xiàn)象。雷電對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的侵害主要途徑有以下幾方面：  第一，直擊雷。這是指帶電云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。直擊雷威力巨大，雷電壓可達(dá)幾萬(wàn)伏至幾百萬(wàn)伏，瞬間電流可達(dá)十幾萬(wàn)安，在雷電通路上，物體會(huì)被高溫?zé)齻踔寥诨＝ㄖ锉旧硎芾纂娭睋魰r(shí)，和建筑物連接的金屬導(dǎo)體包括建筑物鋼筋與地極之間產(chǎn)生瞬時(shí)電位差，構(gòu)成摧毀電子設(shè)備之沖擊過(guò)電壓。  第二，雷電波侵入。系統(tǒng)的電源線、信號(hào)傳輸或進(jìn)入監(jiān)控室的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿這些金屬導(dǎo)線侵入設(shè)備，造成電位差使設(shè)備損壞。  第三，雷電感應(yīng)。當(dāng)雷擊中避雷針時(shí)，在引下線周圍會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)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)，這種現(xiàn)象叫電磁感應(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都會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的電荷，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)統(tǒng)稱為感應(yīng)雷，又叫二次雷，它要比直擊雷發(fā)生的概率大得多。由感應(yīng)雷引起的事故約占雷害事故的80％～90％。針對(duì)感應(yīng)雷的破壞途徑，可采取接地、分流、屏蔽、均壓等電位等方法進(jìn)行有效的防護(hù)，以保證人身和設(shè)備的安全。  二、雷擊保護(hù)的基本原則  欲使設(shè)備得到很好的保護(hù)，首先應(yīng)對(duì)其所處的環(huán)境、受雷電影響的程度作出客觀的估計(jì)，因它與出現(xiàn)過(guò)電壓的幅值、概率、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備抗電壓能力、保護(hù)水平和接地等有關(guān)；防雷工作應(yīng)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程來(lái)考慮，強(qiáng)調(diào)全面防護(hù)(包括建筑物、傳輸線路、設(shè)備和接地等)，綜合治理，且要做到科學(xué)、可靠、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)。針對(duì)感應(yīng)雷瞬時(shí)能量較大的特點(diǎn)，根據(jù)iec國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)能量逐級(jí)吸收的理論，及防護(hù)區(qū)間量級(jí)分類的原則，需要做多級(jí)防護(hù)。  防雷工程的一個(gè)重要的方面是接地以及引下線路的布線工程，整個(gè)工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取決于此，所以應(yīng)該認(rèn)真地、系統(tǒng)地研究。電力、電子設(shè)備的接地，是保障設(shè)備安全、操作人員安全和設(shè)備正常運(yùn)行的必要措施。可以認(rèn)為，凡是與電網(wǎng)連接的所有儀器設(shè)備都應(yīng)當(dāng)接地；凡是電力需要到達(dá)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廣泛性和重要性。一方面，隨著時(shí)代的進(jìn)步，強(qiáng)功能高價(jià)值設(shè)備的廣泛使用，要求提供更加可靠的接地保護(hù)；另一方面，微電子技術(shù)的推廣，使得現(xiàn)代設(shè)備要求更低的接地電阻，還往往需要抗干擾。實(shí)踐要求有更加系統(tǒng)的接地理論來(lái)對(duì)工程實(shí)際進(jìn)行指導(dǎo)。根據(jù)近年來(lái)的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為：首先接地連接方式和接地參數(shù)并重；其次以減小或消除同系統(tǒng)中不同性質(zhì)的接地(如防雷地、工作地、外殼接地、靜電地、信號(hào)地等)之間的電位差為目的，選用適當(dāng)?shù)牟季€方式；最后根據(jù)地網(wǎng)所在地的接地電阻、土層分布等地質(zhì)情況，盡量進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。  當(dāng)今社會(huì)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微波通信技術(shù)日益發(fā)展，各類電子設(shè)備大量應(yīng)用，雷擊電感應(yīng)到附近的導(dǎo)體中形成過(guò)電壓，可高達(dá)幾千伏，對(duì)微電子設(shè)備的危害極大。雷電電磁脈沖的主要侵入通道有電源線路、各類信號(hào)傳輸線路、天饋路線和進(jìn)入系統(tǒng)的管、纜、橋架等導(dǎo)體侵入設(shè)備系統(tǒng)，造成電子設(shè)備失效或永久性損壞。因此，雷擊電磁脈沖的防護(hù)是在入侵通道上將雷電流泄放入地，從而達(dá)到保護(hù)電子設(shè)備的目的。其主要方法是采用隔離、等位、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)、接地等方法將雷電過(guò)電壓、過(guò)電流及雷擊電磁脈沖消除在設(shè)備外圍，從而有效地保護(hù)各類設(shè)備。目前主要采用氣體放電管、放電間隙、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態(tài)二極管、晶閘管、高低通濾波器等元件根據(jù)不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求，組合成電源線、天饋線、信號(hào)線系列電涌保護(hù)器(spd)安裝在微電子設(shè)備備的外連線路中，地線按共同接地原則接入系統(tǒng)的地線，才不至于造成地位反擊。只要設(shè)計(jì)合理、安裝合格，電涌保護(hù)器就能有效的防御雷電。  三、視頻監(jiān)控系統(tǒng)綜合防雷措施  視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷是一項(xiàng)綜合性工程，主要包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)方面：外部防雷包括：避雷針、避雷帶、引下線、接地極等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過(guò)避雷針、避雷帶、引下線等，泄放人大地。內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的。主要以空間屏蔽、等電位連接、減少接近耦合、過(guò)電壓保護(hù)等措施，通過(guò)在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的避雷器即過(guò)電壓保護(hù)，使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地。  (一)接地系統(tǒng)。接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷，最終都是把雷電流送人大地。因此，沒(méi)有合理而良好的接地裝置是不能可靠地避雷的。接地電阻越小，  散流就越快，被雷擊物體高電位保持時(shí)間就越短，危險(xiǎn)性就越小。對(duì)于計(jì)算機(jī)場(chǎng)地的接地電阻要求≤4歐姆，并且采取共用接地的方法將避雷接地、電器安全接地、交流地、直流地統(tǒng)一為一個(gè)接地裝置。如有特殊要求設(shè)置獨(dú)立地，則應(yīng)在兩地網(wǎng)間用地極保護(hù)器連接，這樣，兩地網(wǎng)之間平時(shí)是獨(dú)立的，防止干擾，當(dāng)雷電流來(lái)到時(shí)兩地網(wǎng)間通過(guò)地極保護(hù)器瞬間連通，形成等電位連接。  (二)防雷等電位連接。等電位連接的目的，在于減少需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差。穿過(guò)各防雷區(qū)交界的金屬部件和系統(tǒng)，以及在一個(gè)防雷區(qū)內(nèi)部的金屬部件和系統(tǒng)，都應(yīng)在防雷區(qū)交界處做等電位連接。應(yīng)采用等電位連接線和螺栓緊固的線夾在等電位連接帶做等電位連接，而且當(dāng)需要時(shí)，應(yīng)采用避雷器做暫態(tài)等電位連接。  (三)屏蔽和分區(qū)防雷保護(hù)。從雷電的入侵途徑可知，雷電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，在周圍的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)雷電流，也會(huì)構(gòu)成對(duì)電子設(shè)備的直接沖擊損壞。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，2.4高斯的電磁波沖擊就能造成電子設(shè)備的直接損壞，0.03高斯的電磁波沖擊就能造成電子設(shè)備的誤動(dòng)。屏蔽是減少電磁波破壞的基本措施，包括外部屏蔽措施、適當(dāng)?shù)牟季€措施、線路的屏蔽措施。雷電保護(hù)區(qū)是以屏蔽層為界面來(lái)劃分的。  國(guó)際電工委員會(huì)1ecl312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》對(duì)雷電保護(hù)區(qū)的劃分問(wèn)題，提出了原則性的建議。  一個(gè)欲保護(hù)的區(qū)域，從emc(電磁兼容)的觀點(diǎn)來(lái)看，由外到內(nèi)可分為幾級(jí)保護(hù)區(qū)，最外層是0級(jí)，危險(xiǎn)性最高；我國(guó)大多數(shù)情況下的機(jī)房，就與0區(qū)僅一墻之隔，即只有一層屏蔽，則該機(jī)房?jī)?nèi)空間定為1區(qū)；各電子設(shè)備的外殼為一層屏蔽層，可視機(jī)殼內(nèi)的空間為2區(qū)等。越往內(nèi)部，危險(xiǎn)程度越低，過(guò)壓主要是沿線穿過(guò)的，保護(hù)區(qū)的界面通過(guò)外部防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層面形成。穿過(guò)各級(jí)雷電保護(hù)區(qū)的金屬構(gòu)件，一般應(yīng)在保護(hù)區(qū)的分界面做等電位連接。  四、校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案  (一)前端攝像機(jī)的防雷。前端攝像機(jī)主要分為兩類：帶云臺(tái)攝像機(jī)和球機(jī)：在帶云臺(tái)攝像機(jī)和球機(jī)的視頻線、控制線與電源線處加裝tit三合一監(jiān)控專用防雷器tpss12d12，此款防雷器集視頻線防雷，控制線防雷，電源線防雷與一體。安裝方便，易維護(hù)。普通槍機(jī)：普通槍機(jī)的防雷我們只要考慮視頻線和電源線的防雷保護(hù)，在進(jìn)入攝像機(jī)的視頻線處串接視頻信號(hào)防雷器ts12ubfm，如電源使用直流，并聯(lián)安裝tp20d12直流電源防雷器，如使用交流電，則安裝ta10c24交流24v電源防雷器。防雷器安裝在離被保護(hù)設(shè)備距離越近越好。  (二)前端設(shè)備直擊雷的防護(hù)。每個(gè)攝像機(jī)均安裝在比較高的立桿之上，所以設(shè)備的直擊雷防護(hù)必不可少。具體措施：在每根立桿頂端加裝避雷針一根，根據(jù)滾球法計(jì)算，避雷針的有效保護(hù)范圍在30度夾角類，所以避雷針的高度，必須按照設(shè)備的安裝位置計(jì)算。  (三)前端設(shè)備的接地。防雷器的接地非常重要，如果接地沒(méi)有做好，防雷器起不了作用，所以一個(gè)良好的接地是相當(dāng)重要的。要求接地地阻應(yīng)做到小于4歐姆以下。根據(jù)描述現(xiàn)場(chǎng)情況。前端設(shè)備接地具體措施：攝像機(jī)均安裝在立桿上，如現(xiàn)場(chǎng)土壤情況較好(石沙等不導(dǎo)電物質(zhì)較少)的情況下，可以利用立桿直接接地，把攝像機(jī)與防雷器的地線直接焊接在立桿上即可。反之，如現(xiàn)場(chǎng)土壤情況情況惡劣(石沙等不導(dǎo)電物質(zhì)較多)，則要借用導(dǎo)電設(shè)備，利用扁鋼與角鋼等。具體措施：用40×3的扁鋼沿立桿拉下，防雷器和攝像機(jī)的地線與扁鋼妥善焊接，用角鋼打人地底2～3米，與扁鋼焊接好，地阻測(cè)試根據(jù)國(guó)標(biāo)小于4歐姆即可。