安防監控系統防雷保護設計淺談

一、 引言
隨著安全監控系統在銀行、交通、小區、庫房管理中的迅速普及應用，監控系統設備因雷擊破壞的可能性就大大增加了。其后果可能會使整個監控系統運行失靈，并造成難以估計的經濟損失。
為了對安全監控系統采取有效的防雷保護措施，保障監控系統正常可靠的運行，首先應明確監控系統遭受雷擊損害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重的室外監控設備，在分析其損壞原因的基礎上，正確選擇和使用監控系統設備的防雷保護裝置，以及研究和探討信號、電源線路的布放、屏蔽及接地方式等。可以使各安防工程公司，對提高監控系統的抗雷電能力，優化系統的防雷水平起到很好的作用。
二、 閉路監視系統的組成及雷害成因
1 、電視監控系統（ Closed Circait Televisiow, 簡稱 CCTV ），一般由以下三部分組成：
前端部分：主要由黑白（彩色）攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、支架等組成。
傳輸部分：使用同軸電纜、電線、多芯線采取架空、地埋或沿墻敷設等方式傳輸視頻、音頻或控制信號等。
終端部分：主要由畫面分割器、監視器、控制設備等組成。 2 、 CCTV 系統雷害成因
直擊雷：雷電直接擊在露天的攝像機上造成設備損壞；雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷。
雷電波侵入： CCTV 的電源線、信號傳輸或進入監控室的金屬管線到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線侵入設備，造成電位差使設備損壞。
雷電感應：當雷擊避雷針時，在引下線周圍會產生很強的瞬變電磁場。處在電磁場中的監控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢。這現象叫電磁感應。當有帶電的雷云出現時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會感應出與雷云相反的電荷。這種感應電荷在低壓架空線路上可達 100kv ，信號線路上可 40 － 60kv 。這種現象叫靜電感應。電磁感應和靜電感應稱為感應雷，又叫二次雷。它對設備的損害沒有直擊雷來的猛然，但它要比直擊雷發生的機率大得多。
三、 CCTV 系統的綜合防雷
1 、前端設備的防雷
前端設備有室外和室內安裝兩種情況，安裝在室內的設備一般不會遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設備的侵害，而室外的設備則同時需考慮防止直擊雷擊。
前端設備如攝像頭應置于接閃器（避雷針或其它接閃導體）有效保護范圍之內。當攝像機獨立架設時，避雷針最好距攝像機 3 － 4 米的距離。如有困難避雷針也可以架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ 8 的鍍鋅圓鋼。為防止電磁感應，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應穿金屬管屏蔽。
為防止雷電波沿線路侵入前端設備，應在設備前的每條線路上加裝合適的避雷器，如電源線（ 220V 或 DC12V ）、視頻線、信號線和云臺控制線。
攝像機的電源一般使用 AC220V 或 DC12V 。攝像機由直流變壓器供電的，單相電源避雷器應串聯或并聯在直流變壓器前端，如直流電源傳輸距離大于 15 米，則攝像機端還應串接低壓直流避雷器。
信號線傳輸距離長，耐壓水平低，極易感應雷電流而損壞設備，為了將雷電流從信號傳輸線傳導入地，信號過電壓保護器須快速響應，在設計信號傳輸線的保護時必須考慮信號的傳輸速率、信號電平，啟動電壓以及雷電通量等參數。
室外的前端設備應有良好的接地，接地電阻小于 4 Ω，高土壤電阻率地區可放寬至 <10 Ω。
2 、傳輸線路的防雷
CCTV 系統主要是傳輸信號線和電源線。室外攝像機的電源可從終端設備處引入，也可從監視點附近的電源引入。
控制信號傳輸線和報警信號傳輸線一般選用芯屏蔽軟線，架設（或敷設）在前端與終端之間。
GB50198 － 1994 規定，傳輸部分的線路在城市郊區、鄉村敷設時，可采用直埋敷設方式。當條件不充許時，可采用通信管道或架空方式，此時規定了傳輸線纜與其它線路其它線路其溝的最小間距（見表 1 ）和與其它線路共桿架設的最小垂直間距（見表 2 ）
表 1 電纜與其它線路共溝（隧道）的最小間距（ m ）種類最小間距 220V 交流電線 0.5 通訊電纜 0.1 表 2 電纜與其它線路共桿架設的最小垂直間距（ m ）種類最小垂直間距 1 — 10KV 電力線 2.51KV 以下電力線 1.5 廣播線 1.0 通信線 0.6
從防雷角看，直埋敷設方式防雷效果最佳，架空線最容易遭受雷擊，并且破壞性大，波及范圍廣，為避免首尾端設備損壞，架空線傳輸時應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接地。中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。
傳輸線埋地敷設并不能阻止雷擊設備的發生，大量的事實顯示，雷擊造成埋地線纜故障，大約占總故障的 30 ％左右，即使雷擊比較遠的地方，也仍然會有部分雷電流流入電纜。所以采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通。對防護電磁干擾和電磁感應非常有效，這主要是由于金屬管的屏蔽作用和雷電流的集膚效應。如電纜全程穿金屬管有困難時，可在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，但埋地長度不得小于 15 米，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。
3 、終端設備的防雷
在 CCTV 系統中，監控室的防雷最為重要，應從直擊雷防護、雷電波侵入、等電位連接和電涌保護多方面進行。
監控室所在建筑物應有防直擊雷的避雷針、避雷帶或避雷網。其防直擊雷措施應符合 GB50057 － 94 中有關直擊雷保護的規定。
進入監控室的各種金屬管線應接到防感應雷的接地裝置上。架空電纜線直接引入時，在入戶處應加裝避雷器，并將線纜金屬外護層及自承鋼索接到接地裝置上。
監控室內應設置一等電位連接母線（或金屬板），該等電位連接母線應與建筑物防雷接地、 PE 線、設備保護地、防靜電地等連接到一起防止危險的電位差。各種電涌保護器（避雷器）的接地線應以最直和最短的距離與等電位連接母排進行電氣連接。
由于有 80 ％雷擊高電位是從電源線侵入的，為保證設備安全，一般電源上應設置三級避雷保護。在視頻傳輸線、信號控制線，入侵報警信號線進入前端設備之前或進入中心控制臺前應加裝相應的避雷保護器。
良好的接地是防雷中至關重要的一環。接地電阻值越小過電壓值越低。監控中心采用專用接地裝置時，其接地電阻不得大于 4 Ω。采用綜合接地網時，其接地電阻不得大于 1 Ω。
四、結束語
雷電對安全監控系統的損害途徑是多方面的。本文主要對安全監控系統遭受雷擊損害的
主要大原因，以及可能的侵入途徑作了初步的分析，同時對安全監控系統的防雷保護技術進行了相應的介紹。需要說明的是，防雷保護是一個比較復雜的問題，對安全監控系統的防雷保護設計不僅取決于防雷裝置的性能，更重要的是在監控系統的設計施工之前，就要考慮到監控系統所處的地理環境，設計合適的線纜布放方式、屏蔽及接地方式。總之，防雷保護設計應綜合考慮，才能獲得良好的效果。

CCD攝像機的分類
安全防范系統中，圖像的生成當前主要是來自CCD攝像機,CCD是電荷耦合器件（charge coupled deice)的簡稱，它能夠將光線變為電荷并將電荷存儲及轉移，也可將存儲之電荷取出使電壓發生變化，因此是理想的攝像機元件，以其構成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、部受磁場影響、具有抗震東和撞擊之特性而被廣泛應用。