安防監控系統防雷

本文主要從“安防監控系統為什么要實施雷電防護”和“雷電損壞監控系統的機理分析”對雷電的危害防護，雷電是怎樣形成的、雷電入侵監控系統的途徑、反擊雷的破壞等幾個方面進行介紹。本篇將從“通用監控系統雷電侵入渠道”、“前端攝像機受雷電侵入及防范”、“監控系統雷電防護的基本方法”。
　　
　　通用監控系統雷電侵入渠道
　　
　　監控防雷系統拓撲如圖

        
　　
　　雷電侵襲監控系統前端的途徑
　　
　　1、監控外場（前端設備）破壞行為：
　　
　?。?）雷電襲擊外場建筑物設置的避雷針、地面金屬突出物、高壓電塔等一切與大地有直接聯系或接地的導電體后引起的LEMP雷電電磁脈沖感應過電壓，這個感應電壓感應到攝像機的（來自機房輸出的低壓信號）電源線路、RSRS485控制線路、BNC視頻信號線路等，造成過電壓破壞攝像機內部電路，其中遠端傳輸系統也包括光端機電源破壞、光端機視頻信號輸入口和控制信號輸入口的破壞。
　　
　?。?）雷電襲擊外場建筑物設置的避雷針、地面金屬突出物、高壓電塔等一切與大地有直接聯系或接地的導電體后引起后，瞬間引起局部大地電位升高，這個高電位沿監控設備的保護接地或金屬桿子侵入攝像機進而燒毀設備。
　　
　?。?）雷電直接侵襲戶外架空電源線引起就近取電（交流電）的攝像機設備損壞。
　　
　　2、監控內場（機房端）破壞行為：
　　
　?。?）雷電直接侵襲機房配電電源線路，包括雷電引起的LEMP電磁脈沖感應過電壓侵入配電系統造成機房內部整體設備損壞。
　　
　?。?）雷電襲擊外場建筑物設置的避雷針、地面金屬突出物、高壓電塔等一切與大地有直接聯系或接地的導電體后引起的LEMP雷電電磁脈沖感應過電壓，這個感應電壓感應到外場（前端）攝像機，不但對前端設備造成損壞，還通過RS485控制線路、BNC視頻信號線路、電源輸出的傳輸線，將感應電壓傳輸到內場（終端）輸入端口，造成過電壓破壞監控主機的視頻信號輸入端口、RS485信號輸入控制總線接口等，造成終端設備損壞。
　　
　?。?）雷電襲擊機房建筑物設置的避雷針、地面金屬突出物、高壓電塔等一切與大地有直接聯系或接地的導電體后引起后，瞬間引起局部大地電位升高，這個高電位沿監控設備的保護接地或金屬桿子侵入機房進而燒毀全部設備。
　　
　?。?）雷電電磁脈沖感應過電壓對網口的破壞。
　　
　　從監控防雷的系統拓撲可以看到，要徹底消除雷電對設備的危害，主要采用防雷擊措施如下：
　　
　　•系統防雷要從外場的電源、BNC視頻信號端口、RS485信號端口作防雷擊處理，保護前端設備。
　　
　　•內場終端設的BNC視頻信號輸入端口、RS485信號輸出端口、計算機網線端口、集中供電向外場提供電源輸出端口等進行防雷擊處理。
　　
　　•機房供電系統防雷處理。通過市電輸入的電源、重要終端設備要進行防雷擊處理。

通用監控系統雷電防護的基本方法
　　
　　電源系統雷電防護
　　
　　室內電源防護
　　
　　雷電高壓襲擊戶外電源線，并沿電源線侵入監控機房造成首先破壞機房的UPS電源，如果采用后備式UPS電源，則直接沿電源線進入主機擊毀開關電源和主機主板。如果采用在線式UPS電源，則首先擊毀UPS電源，其次擊毀UPS逆變器，并沿UPS零線與地線之間侵入高電壓，燒毀主機主板。所以，依據GB50343-2004《建筑物電子信息系統雷電防護技術規范》（國家強制性標準），首先必須在機房電源輸入端實施雷電防護，最大限度的抵御雷電高壓沿室外電力進入機房。首先要在機房配電箱處安裝防雷設備。由于各種機房的配電箱位置與主機設備較遠，雷電引起的電磁脈沖感應過電壓，可以直接感應到配電箱與主機的電源線路上，依據國家強制性標準GB50343-2004《建筑物電子信息系統雷電防護技術規范》標準的要求，高速公路監控系統屬于乙級安防工程，必須采用B級雷電防護技術規范。B級雷電防護技術規范具體要求：
　　
　　電源系統設置3級保護：
　　
　　•第一級抵御10/350µS雷電波形15KA和8/20µS雷電波形60KA（即：火線對零線、火線對地線、零線對地線均可以抵御10/350µS---15KA和8/20µS---60KA雷電）。
　　
　　•第二級抵御8/20µS雷電波形40KA（即：火線對零線、火線對地線、零線對地線均可以抵御8/20µS---40KA雷電）。
　　
　　•第三級抵御8/20µS雷電波形20KA（即：火線對零線、火線對地線、零線對地線均可以抵御8/20µS---20KA雷電）。
　　
　　保護配置第一、二級可以在機房配電箱處完成，第三級在重要終端設備處完成。只有這樣，才可以真正全面抵御雷電沿電源線進入機房，保護設備免受雷害的侵襲。
　　
　　室外電源防護
　　
　　固定（槍機）監控攝像機設備的戶外（外場）設備電源系統，一般指攝像頭電源，只要在電源輸入端抵御8/20µS雷電波形10KA即可，但是為了降低雷電殘余電壓，建議采用兩級保護，這樣可以最大限度的保護攝像頭電源。
　　
　　非固定（球型機）監控攝像機設備的戶外（外場）設備電源系統，一般指攝像頭電源，只要在電源輸入端抵御8/20µS雷電波形10KA即可，但是為了降低雷電殘余電壓，建議采用兩級保護，這樣可以最大限度的保護攝像頭電源。
信號系統雷電防護
　　
　　室內信號防護
　　
　　采集卡輸入端的BNC接口處，必須安裝防雷系統。依據GB500343-2004標準，實施串聯兩級雷電防護防雷產品，抵御8/20µS雷電波形10KA的防雷產品；保護模式為：信號線與大地之間的防護和信號線之間的防護，其殘余電壓小于20V。
　　
　　RS485信號線路輸入端的RS232接口處，必須安裝防雷系統。依據GA173-2002和GB500343-2004標準，實施串聯兩級雷電防護防雷產品，抵御8/20µS雷電波形20KA的防雷產品；保護模式為：信號線與大地之間的防護和信號線之間的防護，其殘余電壓小于40V。
　　
　　室外信號防護
　　
　　室外攝像頭的BNC信號輸出接口處，必須安裝防雷系統。依據GB500343-2004標準，實施串聯兩級雷電防護防雷產品，抵御8/20µS雷電波形10KA的防雷產品，保護模式為：信號線與大地之間的防護和信號線之間的防護，其殘余電壓小于20V。
　　
　　室外RS485信號線路輸出端的接口處，必須安裝防雷系統。依據GB500343-2004標準，實施串聯兩級雷電防護防雷產品，抵御8/20µS雷電波形10KA的防雷產品；保護模式為：信號線與大地之間的防護和信號線之間的防護，其殘余電壓小于40V。
　　
　　防雷器安裝位置
　　
　　外場攝像機防護
　　
　　固定式攝像機（槍機）有條件的最好在機盒內安裝電源視頻信號二合一專用防雷器，盡量不要在控制箱內安裝，因為高速公路屬于空曠位置，攝像機固定在金屬桿上，金屬桿底部是深埋在土壤內，屬于接地系統也是直接雷電的侵襲的重中之重，一旦金屬桿子接閃雷電則發生的電磁脈沖感應過電壓直接破壞攝像機（包括電源系統和BNC視頻信號系統）。
　　
　　上述同理，非固定式攝像機（球機）有條件的最好在攝像機附近（越近越好）安裝電源、控制、視頻信號三合一專用防雷器，盡量不要在控制箱內安裝，因為高速公路屬于空曠位置，攝像機固定在金屬桿上，金屬桿底部是深埋在土壤內，屬于接地系統也是直接雷電的侵襲的重中之重，一旦金屬桿子接閃雷電則發生的電磁脈沖感應過電壓直接破壞攝像機（包括電源系統、RS485控制信號系統、BNC視頻信號系統）。
　　
　　如果采用光端機遠程傳送，則應該確保光端機的安全，應該在光端機的電源輸入端、控制信號輸入端、視頻信號輸入端安裝與攝像機（上安裝的三合一或二合一）相互對應的防雷器。道理很簡單，保護與被保護的最佳范圍是小于2米距離，那么，控制箱與攝像機的距離遠遠大于2米，則需要上下兩頭防護。
　　
　　防雷產品必須要求接地，接地電阻要小于4歐姆，防雷器的安裝必須與被保護設備全面等電位。
　　
　　內場（機房端）雷電防護
　　
　　配電箱電源防護是依據標準在三相（或單相）配電箱內按照B級保護原則安裝專用電源防雷模塊，主要抵御來自電力線引入的雷電高壓，有效的對雷電高壓實施B級防護，保護機房內全部電源設備（包括電視墻、市電設備、UPS電源、監控設備等）。
　　
　　監控主機電源防護是依據標準在重要負載（主機、硬盤機、網絡設備）電源處按照C級保護原則安裝專用電源防雷箱，抵御外部接閃后引起的雷電電磁脈沖感應過電壓對重要負載電源輸入端的破壞。
　　
　　RS485控制總線防護是依據標準在RS485控制總線輸出端口安裝專用防雷模塊，抵御沿外場引入的雷電高壓侵襲主機設備。
　　
　　視頻線防護是依據標準在外場視頻信號線進入主機之前安裝專用防雷模塊，抵御沿外場引入的雷電高壓侵襲主機設備。
　　
　　網線防護是依據標準在主機輸出（將模擬信號轉變成數字信號）到局域網系統的RJ45端口，抵御沿局域網引入的雷電高壓侵襲主機設備。
　　
　　低壓電源輸出防護是指機房內輸出到外場攝像機電源系統（一般指AC24、AC12、DC24、DC12、DC48的電源系統）線路在出機房前安裝專用防雷模塊。抵御沿低壓電源輸出線路的雷電高壓引入侵襲電源設備（包括開關電源、穩壓電源、不間斷電源）。但攝像機就近取電（AC220）系統除外。
　　
　　等電位與接地問題：不論內場和外場，防雷接地電阻一定要小于4歐姆。在內場（大機房）應該安裝均壓等電位系統，（小機房）應該按照標準安裝等電位匯流排，將被保護空間內的全部接地系統都安裝在均壓等電位帶和匯流排上，實現全部的等電位與等電位連接和等電位聯結