高山臺數字監控系統防雷的技術改造

去年春天我臺安裝了數字監控系統，對山上山下辦公區和生活區進行實時監控，有效的約束了區域活動人員的行為，對有違法犯罪思想的人起到了威懾，對安全保衛起到了很大作用。隨著數字監控系統在我臺的應用，運行初期階段數字監控系統設備因雷擊破壞使部分監控系統運行失靈，造成數字監控系統中斷影響正常的使用。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，最終經過一系列技術改造達到防雷的效果。

一、監視系統的組成及雷害成因

1.監控系統由以下三部分組成

前端部分：主要由攝像頭、鏡頭、防護罩、支架等組成。

傳輸部分：使用同軸電纜、軟管穿線、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：主要由服務器、交換機、監視器、硬盤錄像機等組成。

2.監控系統雷害成因

直擊雷：雷電直接擊在露天的攝像頭上造成設備損壞;雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷。

雷電波侵入：雷電波沿電源線、信號傳輸屬導線侵入設備，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，這種現象叫電磁感應。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，這種現象叫靜電感應。雷電感應與靜電感應對設備的損害沒有直擊雷來的猛烈，但它要比直擊雷發生的機率大得多。

二、監控系統的綜合防雷

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）獨立架設時，需在避雷針的有效保護范圍內。為防止電磁感應，沿桿引上攝像頭的電源線和信號線采取穿金屬管屏蔽。

為了防止偶遇在室外的攝像頭遭受直接雷擊，采用裝設高于攝像頭高度的避雷針，它的作用是將雷電吸引到避雷針上并安全的將雷電流引入大地，從而對攝像頭起到保護作用。

避雷針的保護范圍是由模擬實驗和運行經驗確定的，由于雷電的路徑受很多偶然因素的影響，因此要保證被保護物絕對不遭受雷擊是不可實現的，一般的保護范圍是指具有0.1%左右的雷擊概率的空間范圍而言的，這個概率的雷擊概率也是可以接受的。

在雷電先導的初始發展階段，因先導離地面較高，其發展方向不受地面物體的影響，但當先導發展的一定高度時，由于針較高且有良好的接地，針上因靜電感應而集聚了與先導極性相反的電荷使其附近的電場強度顯著增強，甚至有可能從這些地方發展向上的迎面先導，影響雷電先導的發展方向，使之定向向避雷針發展，進而對避雷針放電，處在避雷針附近的監控攝像頭便得到屏蔽，受到保護，免受雷擊。因此，要避雷針起到保護作用，一方面要求避雷針必須良好接地，另一方面要求攝像頭必須在避雷針能提供的可靠屏蔽保護的一定空間范圍內。

單支避雷針的保護范圍（如圖1）是一個以避雷針為軸的近似圓錐的空間，在高度hx水平面上，其半徑rx可按如下計算：

當hx≥h/2時，rx=（h-hx）p

當h

其中h-避雷針高度（m），

p-高度影響系數，h≤30m時，p=1;30m

圖1 單支避雷針的保護范圍

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、信號線等。

攝像頭的電源使用DC12V。攝像頭由直流變壓器供電時，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，則攝像頭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，在設計信號傳輸線保護時必須考慮信號的傳輸速率、信號電平，啟動電壓以及通流容量等參數。

室外的前端設備（如防護罩）應有良好的接地，接地電阻小于4Ω，山上屬于高土壤電阻率地區，放寬至小于10Ω。

2.傳輸線路的防雷

數字監控系統的電源線，室外攝像頭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多芯屏蔽軟線，敷設在前端與終端之間。GB50198-1994《民用閉路監視電視系統工程技術規范》規定，傳輸部分的線路在敷設時，最好采用直埋敷設方式。條件不允許時，可采用架空方式。

安裝防雷設備：

（1）電源模塊防雷器

電源避雷器中的熱熔保險絲的作用是當雷電流超過電源避雷器最大承受能力時，由于過流作用，可使保險絲斷開，同時由于過截使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險絲斷開，起到過流和溫度雙重保護作用。由于電源避雷器常態工作條件下，電流非常小，只是在雷電沖擊或脈沖電壓沖擊時，在瞬態條件下起保護作用，因此與常規熱熔保險絲的使用條件有所區別，所以電源避雷器中的熱熔保險絲應有獨特性能，即在瞬態條件下的熔斷特性。

電源防雷器包括電源防雷模塊、電源防雷箱、電源防雷插座等。電源防雷器是防止雷電和其他內部過電壓侵入設備造成損壞，從室外防雷與線路防雷相結合的綜合防雷方案。采用電源防雷器能在最短時間內釋放電路上因雷擊感應而產生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設備各接口間的電位差，從而保護攝像頭。

（2）SPD電涌保護器

電涌保護器的工作原理是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。

（3）電源插排防雷器

防雷插座具有防雷擊保護功能，有效吸收來自電源系統的電涌脈沖，確保電器在惡劣環境下和多雷地區的安全使用。防雷插座將電源供電系統的雷電、浪涌脈沖予以快速吸收;數字監控系統設備將免于被浪涌電流侵害，減少其在雷電環境下被雷擊損壞的概率。

3.終端設備的防雷

在數字視頻監控系統中，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接閃器。其防直擊雷措施應符合GB50057-94《建筑物防雷設計規范》中有關直擊雷保護的規定。

進入監控室的各種金屬管線接到防雷電感應的接地裝置上。架空電纜線直接引入時，在入戶處加裝避雷器，并將線纜金屬外皮及自承鋼索接到接地裝置上。

監控室內設置等電位連接母線，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。各種電涌保護器（避雷器）的接地線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4Ω。采用綜合接地網時，其接地電阻不得大于1Ω。

三、綜述

雷是一種大氣中的放電現象，常常損壞設備，作為監控設備，也是其易損設備之一。雷擊主要有兩種：直擊雷和感應雷。直擊雷是帶電云層和大地之間放電造成的，可使用避雷針、避雷線和避雷網防避。感應雷是由靜電感應和雷電流產生的電磁感應兩種原因引起的。感應雷約占雷擊率的90%，危害范圍甚廣。

監控的電子設備受雷擊損壞主要是感應雷造成的，當攝像頭電源線或網線附近產生雷擊時，在這些地方會感應出很高的電壓，有效的接地能及早泄掉由感應產生的電荷，同時也可泄掉由于設備漏電而產生的對地電壓，達到保護設備和人身安全的目的，因此系統的優良接地是系統安全的可靠保證。

雷電是一種自然現象，但造成的危害相當巨大，攝像頭的安裝位置大部份都是在房頂或是房的頂角，做好避雷工作是十分必要的，尤其是山上駐地地處高山環境易受雷擊。數字監控系統安裝初始，隨著雷雨季節的到來，一個月內部分攝像頭遭雷擊，之后經過對山上山下數字監控系統防雷的技術改造，在一年的時間內防雷效果明顯改善。

作者簡介：高潔（1988—），女，山東臨沂人，工學學士、管理學學士，助理工程師，山東大學信息學院工程碩士研究生在讀，現供職于山東省新聞出版廣電局蒙山轉播臺，從事廣播電視發射工作。