【安防知识网】雷电是一种壮观而又令人恐怖的自然天气现象。这不仅在于它能发出划破长空的闪光和震耳欲聋的雷鸣，更重要的是它会对人类的生活和生产活动造成巨大的影响。雷电威胁着人类生命安全，常使建筑、电力、电子、通信和航空、航天等诸多部门遭受严重破坏。随着高新技术的迅猛发展，由雷击引起的灾害事故正呈现上升趋势。到目前为止，雷电作为一种强大自然力的爆发，尚无法有效地加以制止，人们力所能及的工作是设法限制雷击所造成的破坏作用，将雷击危害减小到尽可能低的限度。长期以来，关于雷电防护的研究，一直是国内外电气与电磁兼容工作者共同关注的重要问题。

　　近年来，由于高层建筑的不断兴建和信息处理技术的日益普及，各种先进光电与电子设备(含视频监控系统)正广泛地配备于各类建筑物中。这些光电与电子设备普遍存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，一旦建筑物受到直接雷击或其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、通信线、接收天线、金属管道和空间辐射等途径侵入建筑物内，从而威胁室内电子设备的正常工作和安全运行。若防护不当，这些雷害轻则使光电与电子设备工作失灵，重则使光电与电子设备永久性损坏，严重时还可能造成人员伤亡。因此，除高度重视现代建筑防雷设计外，对视频监控系统工程设计者来说，还须重视本系统设备的雷电防护问题。

　　随着视频监控技术的广泛应用，采取切实有效的防雷保护措施已是完整监控方案的一个重要部分。总结在各大厦、路桥收费站和监狱等有效防雷实践，根据IEC-TC/81的完整防护体系，对雷电防护的环节分为以下几个方面：即分流(Dividing);传导(Conduction);均压(Bonding);接地(Grounding);屏蔽(Shielding)。

　　结合现代防雷技术，对大中型视频监控系统，一般从电源线路保护、信号线路保护和完善接地三个方面采取措施。本文从雷电过电压的基本特性入手，从这三方面介绍视频监控系统设备的防雷电措施与安装。[nextpage]

　　雷电过电压的基本特性与防雷电措施

　　雷电过电压的基本特性

　　雷电通过被击物在其阻抗上产生压降(直接雷过电压)和雷电对设备附近的地面(或避雷针、线)放电时所引起的感应雷过电压，统称为雷电过电压或大气过电压，这种来自大气层中的雷电是一种强烈的电磁干扰源。产生雷电过电压的根源是特大雷电流，其特点是幅值极高，最大可达200kA以上。大多数低于100kA，其波形多数为振荡衰减波，时间短。雷电流波形的上升沿非常陡直，T1波头时间为10μs ，而下降沿相对缓慢，T2半值时间为350μs (如图1所示)。

　　建筑物遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体汇入大地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电位，这一暂态现象称为暂态电位抬高。

　　暂态电位的抬高往往会对一些进出屏蔽室的电源线或信号线等线路发生反击，如图2所示。在发生直接雷击时，雷电流流过屏蔽室接地连线的寄生电感和接地电阻后，将产生很高的暂态压降，使屏蔽室的暂态电位被举高，而来自远处的信号线此时尚处于零电位，则在小孔处，屏蔽体与信号线之间将出现很高的电压。这一高电压很容易将两者间气隙击穿，使信号线上也带上高电位，该电位将会直接损坏室内的电子设备，它也将沿信号线传输到远处线路终端，侵害终端处的电子设备。

　　暂态电位的抬高还会在邻近未受雷击的建筑物内引起反击，雷电流将通过建筑物的防雷系统引下线和接地连线与供水管道等进入各建筑物的接地体，使各建筑物的暂态地电位都抬高，于是在没有采取暂态过电压保护措施的建筑物中，带高电位的地线将会对其附近的电源线和通讯线发生反击，使得与这些线路相连接的电气或电子设备受到暂态高电位的损害。[nextpage]

　　现代建筑物中，大量布设各种导体线路，如电源线、电视电缆、数据通信线和供水及供热金属管道等。由于这些线路网络结构布局错综复杂，会在建筑物内部不同空间位置构成许多回路。由于这些回路的存在，使建筑物内电子设备遭受雷电危害的机会大大增加，因此需要足够重视。

　　当建筑物遭受直接雷击或建筑物附近发生雷击时，在建筑物防雷系统中流过的暂态电流或雷电放电通道中的雷电流将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这些回路相端接的电子设备。

　　据国外资料介绍，在一些建筑物稠密的城市区域，由于各种供电、通信和信号线路等网络盘根错节，雷电放电可以对距离雷击点1公里范围内的电子系统产生电磁感应作用，影响系统的安全可靠运行。

　　由雷击引起的暂态过程中，暂态高电位或过电压常通过信号或电源等线路耦合或转移到电子设备，造成电子设备损坏。

　　防雷技术措施

　　雷电过电压对信息系统(含视频监控系统)的危害是很大的。为了确保信息系统和人身的安全，对雷电过电压必须采取相应的防雷技术保护措施。

　　防雷技术是一项系统工程，从电力网高压线路开始，到信息系统直流入口端，除电源系统自身的防雷措施应相互协调外，还应与建筑物防雷、信息系统的防雷、接地设计等相互配合，同时还要兼顾信息系统的电磁兼容的要求。对信息系统最大的潜在危害是直接雷和感应雷，几年来采取了多种措施以保护信息系统免受雷电的干扰和破坏，越来越多的工程采用避雷器以实现有效的电磁兼容保护方案。总之，对雷电过电压抑制必须严格按照有关规程进行综合考虑，采取“整体防御、层层设防、多级保护”，从而组成一个有效的防雷系统。只有这样，才能达到良好的保护效果。防雷技术措施包括建筑物外部防雷和建筑物内部防雷。

　　1、建筑物外部防雷技术措施

　　该技术措施是在建筑物上安装避雷针、避雷带(线)、消雷器、引下线和接地系统等，以防直接雷。

　　2、建筑物内部防雷技术措施

　　据统计，80%的雷击事故是由于感应雷(间接雷)或雷电侵入建筑物内而引起的。内部防雷技术措施可以抑制和吸收感应雷的干扰。该技术措施有：等电位连接、屏蔽、合理布线、接地、滤波器、避雷器等。

       电源系统防雷

　　经过防雷分区后，电源线分为三级保护。

　　第一级电源防雷

　　第一级电源防雷的作用是防止直接雷击和强的感应雷。选择第一级电源防雷器，可以采用间隙放电类型的大容量避雷器，一般要求雷电通流容量大于60kA(10/350测试波形)，具备阻燃特性，在变态器低压侧(配电框)的每一条L、N线对地并联安装，可采用德国DEHN的总电源避雷器DEHNport，或一些性能较高的组合型避雷器箱，如威雷宝RAINBOW系列避雷器的ROWER-FR防雷箱。对于TN系统和TT系统，避雷器的配置和安装线路也有所区别(安装线路图如图3所示)。

　　第二级电源防雷

　　第二级电源防雷的作用是防护局部感应雷击和开关浪涌。对应于第一级防雷器，第二级电源防护的特点是响应速度快(达到25ns的器件级)和低的残压。经过第二级避雷器以后，线路感应雷电流部分反射和入地，残压应降低至1000V数量级，对监控中心机房或分布有监控器材的楼层，已经不具备大的破坏性。

　　监控中心机房和各露天分散的监控点属于第二级避雷重点防护位置，应确保其在雷雨季节的安全，选用单线模块型避雷器单元，可根据线路情况灵活配置避雷器的型号、数量，使防雷效果和投资兼顾。常用的模块有德国DEHN的DEHNguard、威雷宝的POWER-MA型模块避雷器，电压保护级别在5kA(8/20测试波形)时一般不超过1.25kV ，雷电通流量最大可达40kA。

　　当第一级与第二级之间的线距较近时，应采取适当的退耦器件，以使各级避雷器的能量配合与响应速度等达到匹配。

　　第三级电源防雷

　　其作用是精细保护重要设备。当设备机房有需要精细保护的重要设备时，可以考虑为这些抗过压能力较弱的敏感电子设备增加第三级精细防护，可以进一步将可能到达设备端的尖峰电压衰减，同时滤除电噪声。此级可供选用的防雷器种类很多，典型的有DEHN的DEHNrail系列低压避雷器。有的质量较好的防雷专用插座也具备第三级的防雷效能，应视其测试参数和实际的高低压工艺性能灵活选用。

　　总之，在电源输入端一定要加装电源避雷器，因为雷电冲击波能量很容易从供电线路侵入并损坏电源设备，甚至进而损坏整个设备或系统。对雷害事故分析也表明在雷害事故中约70%-80%是从供电线路进入的，所以电源线路防雷是电子设备乃至整个系统防雷的最重要环节。[nextpage]

　　信号系统防雷

　　监控系统的低压信号分布较广，一般应当对不同的信号线路配置相应的避雷器。大量的视频信号线路是防护的重点，而低电压的线路(如云台控制线、编解码器信号线、低压电源线路)一般内阻较低，应采用低压快速响应类型的氧化锌避雷器或半导体多路控制线路避雷器即可。这里主要介绍视频线路避雷器的使用。

　　国内流行的视频避雷器大多采用粗细保护合二为一的类型。对于各种模拟信号摄像机来说，75ΩBNC接头的避雷器是最安全方便的选择。暴露在户外的摄像机，最易遭受信号线路的感应雷击损坏。安装于摄像机视频输出端口的BNC接口避雷器采用ps(10-12秒)级别响应速度的耐冲击器件，可以将端口的感应残余电压降低到几十伏，冲击波能量衰减至较低的水平。

　　威雷宝视频专用避雷器RB/BNC-VIDEO(见表1)体积小巧(60×26×26 mm)，可灵活安装于防尘罩内，且在较高的工作频率下对信号影响极小。当应用于保护系统控制部分如图像矩阵、分割器等多路信号集中的情况时，需将多路避雷器组合使用，达到方便布线和真正有效地防雷。

　　RB/BNC-VIDEOa/b/c是针对保护视频传输系统和电视监控系统设计的，它采用BNC连接方式，适用于与摄像头、视频图像分配、切换、画面分割、录象机、监视器等视频设备的连接(如图4所示)。有G标志的是保护器的接地连接，应使其可靠接地，方可保证其防雷效果。

　　RB/BNC-VIDEO4/8/24分别是4路、8路、24路视频信号避雷器，它是在RB/BNC-VIDEO6基础上，使多路信号保护整合而成，方便多路信号集中的视频设备使用。每个终端解码器与矩阵主机的连线上串连信号避雷器，特别使用室外终端解码器时，须采用避雷器，加装避雷器时每路要加装二个，分别靠近主机和解码器处。

　　在使用室外摄像机时，在每个室外摄像机与矩阵主机的视频线上串接电视摄像头避雷器，在靠近矩阵主机和靠近摄像机的地方分别安装一个避雷器。

　　对于多媒体计算机与控制键盘，考虑与主机的距离不太远可不加装避雷器，但若它们与主机的距离较远，则应加装避雷器保护。

　　安装注意的是：接地传导体必须与用电器外壳地端连接，避雷器接地连接线(有G标志)在保证可靠接地时，应尽可能缩短其接线长度;信号保护接地与雷击引下线接地系统相互独立，则安装本产品无需改变原系统接地布置方式(一点接地);有G标志的黑色引线与保护地可靠连接，然后将避雷器的“IN”端与信号传输线连接，“OUT”端与需要保护的设备连接即可发挥其保护作用。

　　公共天线系统及其设备接收都是室外感应雷电脉冲串入设备的主要途径。TV-F是公用天线系统干线型避雷器，带F接头和转接线;RB/TV-RF是家用型电视接收天线插座用，有RF接头和转接线，直接安装于电视机信号输入端即可(如图4所示)。[nextpage]

　　线路屏蔽和外部防雷接地系统

　　关于线路屏蔽和防雷接地应遵循下列几个要点进行：

　　· 从最佳防雷效果的角度来讲，所有信号线路最好能套金属线槽、线管，并将屏蔽线槽良好接地;

　　· 监控系统整个布线范围应处于该系统所在位置避雷针的保护范围内。如果有较分散的摄像机可能受到直接雷击，应当首先对其防直接雷击系统进行改造完善后，再进一步对其实施防感应雷方案;

　　· 监控系统接地一般采用联合接地方式，即将各种地线(防雷地、交流工作地、避雷器保护地等)连接到同一地网上，以防止各种可能的地电位反击。如果有条件设置专用保护接地，能进一步防止交流工频干扰，但一定要将专用接地和防雷接地之间设置间隙型共地连接器;

　　· 接地电阻越小越好，一般要求小于4Ω。

　　结语

　　由上看出，虽雷电尚无法有效地加以制止，但针对它造成危害的途径，根据IEC-TC/81的完整防护体系，对雷电防护的环节可采用分流、传导、均压、接地、屏蔽的方法。结合现代防雷技术，对于大中型视频监控系统，可从电源线路保护、信号线路保护和完善接地等方面采取措施，即可限制雷击所造成的破坏作用，将雷击的危害减小到尽可能低的限度，从而保障安防视频监控系统能稳定可靠地运行。