淮河流域水文站點視頻監視站防雷系統應用

謝 力

一、引言

隨著科技的進步，很多新技術在水資源監測站中得到應用。在水文站點視頻監視能力建設方面，將原有的圖像采集站升級改造為視頻監視站，保證能實時觀測站點的水尺樁及周圍環境，提高觀測效率，有效的實現對水利工程的現代化管理和智能化操作。因此，保障視頻監視站點的長期穩定運行顯得尤為重要。很多視頻監視站地處野外，周圍環境惡劣，發生雷電災害的概率較高，為防止雷電對整個系統的破壞，系統的防雷措施是確保整個視頻監視站安全運行的關鍵。

二、視頻監視系統的組成

水文站視頻監視系統主要由前端、傳輸和終端及控制系統三個組成部分。前端部分包括：攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、支架等。傳輸部分包括：同軸電纜、網線、光纖、多芯線等。終端及控制系統包括:存儲設備、畫面分割器、監視器、控制設備等。作為整體系統唯一的數據來源，前端設備在系統中的作用很關鍵，高清晰度圖像、低照度成像、智能跟蹤、大范圍覆蓋、全天候運行等大量功能集中在前端設備上，前端設備的好壞直接影響到圖像信號和整個監視系統的質量。在有限設備體積中集成大量微電子元件，對前端設備提出很高的電磁兼容要求。

三、防雷系統的選擇及應用

（一）系統防雷

視頻監視系統遭受雷擊的方式主要有直擊雷損害和感應雷損害兩種。直擊雷損害主要是由于視頻監視系統的探測部分多被安裝于相對開闊的位置，其遭受直擊雷的風險相對較大。雷電可能直接擊中露天攝像機或其他探測部分，造成設備損壞無法工作。此外，當連接監控室的外接線路（信號線、電源線或其他金屬管線等）受到雷擊或被雷電感應時，形成電位差，對設備造成潛在的危害和損壞。感應雷損害的發生是當雷擊在攝像機的接閃器上接閃時，在引下線附近會產生很強的順變電磁場，處在電磁場中的設備和傳輸管線會產生電磁感應。感應雷損害設備的概率較直擊雷大，但直擊雷危害程度更大。

根據實際工程經驗，必須嚴格做好防雷保護與接地保護，確保視頻監視系統和其他設備的正常運行，針對交流電的引雷做有效防雷，減少設備在雷電高發季節遭受雷擊的可能性，采取交流電二級防雷措施。

綜合分析視頻監視站的各部分組成，感應雷入侵系統的過電壓、過電流主要有以下三種入侵途徑：由交流電源供電線路入侵，由通信網絡線路入侵，地電壓反擊電壓通過接地體入侵。

（二）防雷措施

1.均衡系統電位

各個設備需建立良好的等電位接地體，即交流工作接地、保護接地、直流工作接地、防雷接地公共一組接地裝置的聯合接地方式。

2.逐級分別泄流

在雷電經過的線路上逐級安裝避雷設備，將雷電流、感應過電壓逐級泄放。

3.加強屏蔽

在線路通道上建立屏蔽層，屏蔽層與接地系統良好連接，預防感應雷干擾和破壞線路及設備。電纜敷設在金屬管線內，金屬管線與接地系統良好連接，充當導線的屏蔽層。

從野外引入交流電源，由于線路長、架空，在開闊地帶容易遭受雷電感應，在設備端容易形成過電壓，損壞設備。所以，必須重點針對交流電充分考慮防雷措施。

（三）二級防雷措施

防雷措施重點是針對交流電防雷，為了提高安全性，交流電源進線端設置二級防雷，可以采用電涌保護器/第一級防雷模塊和第二級防雷模塊組合，在極大雷擊電流下，將雷擊電流逐級泄放，從而避免了雷電強電流高電壓的損害。

二級電源電涌保護器裝于同一個防雷設備箱中，二級電源電涌保護器之間留有5m 以上的電纜冗余。第一級選用最大放電電流為40kA 的電源電涌保護器，第二級選用最大放電電流為20kA 的電源電涌保護器。整套防雷箱體需安裝在交流電源的進戶最近的地方，接地端子也一同引入到此處，滿足最短接地長度的要求。

（四）防雷接地

防雷避雷最重要的部分就是制作符合要求的防雷接地體，在雷電引入時，將雷電及時瀉入大地，保護設備安全。

淮河流域大部分地區地下水豐富、埋藏淺、土層深厚，便于制作防雷接地體。防雷接地體可以用1.5m 長的鍍鋅角鋼打入地下，再用鍍鋅扁鋼將鍍鋅角鋼連接（電焊），形成接地網，引入室內，作為交流電電源的進線防雷接地體。

（五）接地體施工

用3 根長1.5m 的鍍鋅角鋼（規格：50mm×50mm×5mm），相距1.5m，一字排開，打入地下，樁頭用40mm×5mm 的鍍鋅扁鋼電焊連接，引入室內設備處。

扁鋼和角鋼的電焊連接長度不小于0.15m，電焊連接完成后，繼續將樁頭打入地下0.2m 深處，用土覆蓋。扁鋼引入室內，固定在墻上，端點處需要焊接（電焊）一支100mm×8mm 的螺栓（公制螺紋），并配上螺母、墊片，便于設備接地線纜連接。禁止在室外設置接地線連接端子（接地線纜端子置于室內可以防潮、防腐蝕）。

從接地網引出接地線，作為設備防雷接地，防雷接地引線用30mm 鍍鋅扁鋼或橫截面積大于35mm2的多股銅芯線。防雷接地體施工完成30d 以后，進行接地電阻的測量（接地體與大地之間的耦合穩定以后）。接地電阻不大于10Ω 為合格，采用專用的接地電阻測試儀進行測量。

（六）防雷器選型

根據以往施工經驗，防雷器可選用PPS-040-2E 型與PPS-020-2E 型箱式限壓型（三相、單相）電涌保護器（見圖1），該設備適合安裝在配電設備機殼內部，具備ll 級lll 級電涌保護器的所有功能，為單相、三相電源系統提供完善的保護，在極大雷擊電流下，防雷器能將雷擊電流逐級泄放，從而有效的保護了硬件設備不受到雷電強電流高電壓的損害。防雷器主要特點是符合IEC、GB 防雷標準，多種放電電流參數可選，主要性能指標見表1。

圖1 電涌保護器

表1 防雷器主要性能指標表

四、結語

雷電危害不可避免，隨著視頻監控系統受到雷擊的事故不斷增多,系統輕則暫停工作,重則無法正常工作甚至運行失靈,造成重大經濟損失。視頻監控系統的防雷是一個復雜的系統工程，只有做好整體的防雷規劃及方案，才能達到良好的防雷效果■