‧ 閉路電視監控系統過電壓防護(防雷)

 來源：中安網 作者：薛維

　　各個領域都需要利用閉路電視監控系統來保障國民的生產生活，閉路電視監控系統廣泛用於校園、室外停車場、大型企業、礦山、碼頭等領域。這些閉路電視監控系統前端設備, 如攝影機大多數安裝於室外,處於相對的開闊地帶, 雷擊風險比較大。閉路電視監控系統中電子設備, 其對各種諸如雷電過電壓、電力系統操作過電壓、靜電放電等電磁干擾非常敏感, 使得監控系統設備極易遭雷擊過電壓破壞, 造成整個閉路電視監控系統癱瘓。因此這些閉路電視監控系統在設計和施工時則必須考慮瞬間過電壓防護(防雷)措施。

一、閉路電視監控系統出現瞬間過電壓(雷擊)三個常見的問題

1、已裝有避雷針、接地網，並採取了聯合接地，閉路電視監控系統設備為什麼有時還會遭雷電損壞?當雷電流通過避雷針、引入地網入地時，地電位暫態升高。假設雷電流I=50KA，接地電阻R=1Ω ，地電位△U=I×R=50KA×1 Ω=50KV。

　　因為採取聯合接地，設備地電位也相應升高50KV，而供電電源線和信號傳輸線是由遠處引來，遠端地電位仍處於零電位，因此設備外殼地電位將與設備的電源輸入端間和信號輸入端間出現50KV的巨大電位差(在防雷技術中稱之為“反擊”或“負電位元引入”)，造成設備相應部位損壞。

　　倘若地網接地不夠良好，則反擊電壓還要高，可能損壞更嚴重。

2、監控中心機房並未遭雷，而是遠處有落雷，為什麼監控中心機房內設備有時也會遭損壞?

　　閉路電視監控系統前端設備攝影機的傳輸線由遠處機房引來。假設在傳輸線附近有一落雷，傳輸線線路上感應瞬間過電壓。這感應高電壓沿傳輸線線路向兩端擴展，如果監控中心機房距離落雷點不是太遠，此感應電壓傳到機房時有可能仍有一定強度，以致損壞機房內設備。

3、在無雷的日子裏，為什麼監控中心機房設備電源模組有時仍會遭損壞?

　　對供電線路，我們總容易誤認為：線路中流過的是很乾淨的正弦波。事實上由於電網的切換、同一電網中感性負載的啟停等原因，在供電線路中會出現各種電壓干擾。電網的有害干擾中，瞬間振盪、瞬間脈衝的發生率很高。

　　這種瞬變電壓持續時間很短，短的只有幾個微秒，非專用儀器還不易發現，但它們對設備的危害卻不可低估。因為現代的監控安防設備均系微電子化產品, 這些監控設備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，往往越先進的設備中電路集成度越高，器件間距離有的只有零點幾微米，因此供電電源中只要有稍大幅度脈衝衝擊，就可能造成電路中的器件損壞 。只是它們較為隱蔽，而且是逐步造成損壞，損壞也不如雷電那麼嚴重，主要體現在壽命縮短上，所以不易引起注意。　　對電源中這種瞬間過電壓，UPS和穩壓器不但不能起到保護作用，相反地它們自己也成為需保護的對象。

二、瞬間過電壓保護器的工作原理與選擇

　　對於前面所提三種過電壓損壞情況，我們應在閉路電視監控系統設備與外界聯繫的所有埠處(如電源線、視頻信號傳輸線、控制信號傳輸線等導線入口處)，都加裝過電壓保護器，把埠處出現的過電壓旁路至地，才能不使其損壞機房內設備。這種保護器，在我國仍習慣地稱之為“避雷器”，在國外被稱作“過電壓限制器”或“浪湧抑制器”(SURGE ARRESTER)、“瞬變電壓浪湧抑制器”(TRANSIENT VOLTAGE SURGE SUPPRESSION)等。

　　其工作原理是：當線路上電壓是在正常範圍內，保護器(TVSS)呈現高阻抗，相當於開路。當線路上電壓超過設定範圍時，保護器迅速呈現低阻抗，將瞬間過電壓能量全部或大部分洩放掉。從而達到保護住設備的目的。

　　加裝保護器防過電壓是十分必要的。對曾遭到過這類損壞的，加裝保護器可以防止再遭損壞;對還沒有遭到過此類損壞的，裝置過電壓保護器後設備可以免遭損壞，防患於未然，並可延長設備壽命，保證整個閉路電視監控系統正常運行。由於雷電造成的較大，選擇過電壓保護器可以著重考慮防雷電波侵入：

　　1、過電壓保護器要選承受電流較大一些的(即通流容量大)

　　大多數情況下，雷電流是不大的，出現大電流的概率較低，如100KA雷電流出現的概率約為12%，儘管概率較低，但畢竟可能出現，而且出現在何時是難以預料的。所以，如經濟條件允許，選用保護器可選承受電流較大些的。

　　2、過電壓保護器一定要選殘壓低的

　　保護器兩端殘壓就是加到設備去的最低電壓(還要考慮到引線附加電壓)，在同樣衝擊電流下，殘壓越低的，保護性能就越好，設備越可得到有效保護。

　　3、過電壓保護器要選性能/價格比高的

　　不同性能指標的過電壓保護器，價格將相差很大，。故不能單看售價，還應作性能比較。

　　目前市面上比較常見的過電壓保護器(避雷器)有：雷天科星LKWX保護器，蒙崎(HYC1)保護器，ESP furse保護器，DEHN保護器，美國北方技術公司的TVSS。

三、怎樣在閉路電視監控系統抑制瞬間過電壓

　　閉路電視監控系統監控中心機房所在建築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。接地系統是防雷系統必要組成部分之一。所有防雷保護系統均應有可靠、有效的接地。良好的接地是防雷中至關重要的一環。閉路電視監控系統前端、終端設備均應有良好的防雷接地,接地電阻值越小過電壓值越低。監控中心機房採用專用接地裝置時，其接地電阻不得大於4Ω，採用綜合接地網時，其接地電阻不得大於1Ω。前端設備如攝像頭應置於接閃器(避雷針或其他接閃導體)有效保護範圍之內。進入監控中心機房的各種金屬管線應接到接地裝置上。

　　由於雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放，將雷擊能量逐步泄放到大地。所以要在閉路電視監控系統安裝避雷針、接地網等保護措施是僅僅不夠的，還要在閉路電視監控系統遭受瞬間過電壓的入侵途徑(電源線、視頻信號傳輸線、控制信號傳輸線等導線)上採取措施。

　　1、閉路電視監控系統中電源線上瞬間過電壓的保護

　　由於有80%雷擊高電位是從電源線侵入的，為了保證監控安防系統設備安全，對監控安防系統的所有交流電源進線端均作有效的防雷保護。前端設備的交流電源進線處應安裝相應的電源過電壓保護器。進入到監控機房的電源線應考慮三級防護, 可在建築物的總配電房的電源進線處安裝一級電源過電壓保護器, 在監控機房所在樓層配電箱的電源進線處安裝二級電源過電壓保護器, 在監控機房重要設備的電源進線處安裝三級電源過電壓保護器。

　　閉路電視監控系統前端設備攝影機的電源一般使用AC220V或AC24V，攝像機電源是由安防監控中心集中供電，在電源傳輸線兩端應串聯電源過電壓保護器，也就是進入前端設備之前或進入閉路電視監控系統終端控制中心前應加裝相應的電源保護器。

　　2、閉路電視監控系統中視頻信號線上瞬間過電壓的保護

　　閉路電視監控系統圖像信號由前端設備影像機通過同軸電纜傳輸到監控中心主機上，然後在監視器顯示圖像，視頻傳輸線一般採用專用的SYV75歐姆系列同軸電纜。視頻傳輸線上也會感應雷擊，進而損壞閉路電視監控系統。在視頻傳輸線兩端應串聯同軸過電壓保護器，同軸過電壓保護器的輸入端(IN)與信號通道相連，輸出端(OUT)與被保護設備相連並緊靠被保護設備安裝，不能接反。把同軸過電壓保護器的接地線與防雷系統接地線可靠連接，接線越短越好，最長不能超過1m。

　　當傳輸網路處於正常工作狀態，同軸信號過電壓保護器對視頻信號傳輸沒有任何影響。當危害傳輸設備的瞬間過電壓經直接或感應方式侵入傳輸網路時，同軸保護器立即導通，對地放電(能量釋放)，同軸過電壓保護器內的限壓原件把過電壓的幅值降到設備能承受的耐壓範圍內，從而起到保護作用。當瞬間過電壓消失後，同軸過電壓保護器重新恢復工作狀態。選擇同軸過電壓保護器應考慮視頻信號基帶頻率(約6MHz帶寬)，如果低於此基帶頻率，會影響圖像傳輸品質。

　　3、閉路電視監控系統中控制信號線上瞬間過電壓的保護

　　閉路電視監控系統中前端設備攝影機有的是帶電動雲台和電動鏡頭的，閉路電視監控系統終端控制設備通過控制信號線纜控制，包括雲台的上、下、左、右、自動旋轉和電動鏡頭的變倍、聚焦、光圈控制。目前閉路電視監控系統中控制信號一般採用RS485通信方式。RS-485通信線纜一般採用遮罩雙絞線傳輸。

　　控制信號線傳輸距離長，耐壓水準低，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，在控制信號兩端應串聯信號過電壓保護器，信號過電壓保護器介面的“A”、“B”端與前端攝影機控制信號 “A”、“B” 介面相連，通過遮罩雙絞線與閉路電視監控中心機房信號過電壓保護器介面的“A”、“B”連接，再與閉路電視監控系統終端控制設備的“A”、“B” 介面相連，不要接反，否則無法控制攝影機。注意前端信號過電壓保護器和終端信號過電壓保護器的接地線與防雷系統接地線可靠連接，否則整個控制信號線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波，極易遭受感應雷的入侵。

　　控制信號過電壓保護器須快速回應，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根據現場環境不同，需要有不同的過電壓保護形式。在閉路電視監控系統的設計和施工中一定要考慮一項或多項過電壓保護器組合方案，既要實用有效又能性能價格比好的過電壓保護器。