2017年7月10日 星期一

.從不合理的防雷接地看監控系統的接地


How To Install Surge Protection Device



  來源:CPS中安網

安防系統的接地,一般出於三點考慮:安全,抗干擾,防雷。網路上安防行業有關防雷的文章和帖子很多,但有些概念不夠準確,甚至是錯誤的,在工程設計參考時讓人感到有些無所適從。

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有關防雷的兩類觀點
有關防雷常見的「第一類觀點」:
1) 「監控室內應設置等電位連接母線(或金屬板),該等電位連接母線,應與建築物防雷接地、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。

各種電湧保護器(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」——總之一句話:主機系統機殼接大地。

2) 「前端設備如攝影機置於接閃器(避雷針或其它接閃導體)有效保護範圍之內。當攝影機獨立架設時,原則上為了防止避雷針及引下線上的暫態高電位,避雷針最好距攝影機3-4米的距離。

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如有困難,避雷針也可以架設在攝影機的支撐桿上,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,沿電線桿引上的攝影機電源線和信號線,應穿在金屬管內以達到屏蔽作用,屏蔽金屬管的兩端均應接地」。

3) 監控系統的防雷接地,應與系統的交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地共用一組接地裝置,接地電阻不得大於1Ω」。

注:看了這一段論述,有一點是明確的:監控主機系統要接好大地。但是前端攝影機機殼,到底是接大地還是不接大地呢?第二條裡沒有明確,按第三條理解,似乎應該和防雷接地「共用一組接地裝置」。


有關防雷常見的「第二類觀點」:
1、「什麼是等電位連接?攝影機等電位連接怎麼做?
將分開的裝置、諸導電物體等用等電位,連接導體或電湧保護器連接起來,以減小雷電流在它們之間產生的電位差。

就攝影機等電位而言,等電位是指攝影機的金屬外殼、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜外層、設備防靜電接地、安全保護接地、浪湧保護器接地(SPD)接地端等,均應與等電位連接端子連接。等電位連接的目的:降低設備各部件之間的電位差及統一系統的零電位參考點。」

2、「室外金屬立桿攝影機需不需要與立桿絕緣?
不需要,且必須進行可靠的等電位連接。當金屬立桿遭受直接雷擊,或洩放雷電流時,會在金屬立桿周圍產生一磁場,這一磁場達到一定強度時,會對附近的電子設備放電;而攝影機外殼與金屬立桿連接後,不存在電位差;攝影機更安全。」


注:防雷廠家要求安防工程設計時,考慮防止直擊雷的接閃問題、電力系統的防雷問題,要求安防系統所有市電接口,通信接口,影像接口,直流電源接口等等,凡是有「口的地方」都要加防雷器,都要做好接大地;防雷投入是近幾年安防工程設計者,很傷腦筋的問題。

不少「只懂弱電的安防人」誠實地按照這類防雷廠家的「指導」,設計了安防系統的防雷工程:到處接大地,處處安避雷器。

「實踐是檢驗真理的唯一標準」,一個這樣布滿防雷器的安防工程系統,干擾卻十分嚴重,用抗干擾器也很難解決問題;但有時把防雷器拆了,不用抗干擾器干擾也沒有了有的抗干擾器暫時能夠抗掉了干擾,後來卻又出現了干擾,甚至發生成批燒毀抗干擾器,燒毀了避雷器的問題打雷照樣燒毀設備,不打雷也燒毀設備,問題到底出在哪裡?


筆者認為,這第二類防雷廠家的意見,沒有一點弱電系統概念和觀念,沒有區域大系統電磁相容觀念和意識,對遠離主機的前端攝影機設備,照搬了建築物等電位連接的教條,把監控系統的安全置於死地。

本文就針對這類問題做些分析,提供一些工程參考意見,以求引起安防行業的朋友注意和思考。

監控系統如何考慮防雷
筆者的觀點是:
1) 全面防雷不是安防工程應該考慮的問題。有些防雷的文章,讓安防工程全面考慮接閃,防靜電和防雷電電磁感應問題,弄得安防弱電工程商頭都大了,無所適從,只好把防雷任務交給「防雷專業廠家」設計。安防工程屬於弱電工程,屬於建築物建設項目完工後的工程。


建築物的區域防雷和避雷,建築物電力系統的防雷和避雷,都是建築物統一設計施工的,都有安全標準和完工驗收標準。入住的人員,常用設備,都應該在它們的有效保護之下安全運行,包括在它們有效保護範圍之內的安防系統的安全運行。

所以建築物避雷接閃問題,和電力電源取電中的雷電感應浪湧問題,都應視為已達到並符合安全標準要求。這就是常用家電都不用加裝防避雷設施的原因和慣例;

2) 安防工程設計時,應該考察甲方建築物和供電系統的防雷避雷系統的驗收報告,瞭解有效防護範圍,明確這些防雷責任在甲方。

3) 靜電感應——帶電雲層對地面的靜電感,應會在局部地面形成與雲層帶電相反的電荷累積,從而引起地電位的劇烈變化,這一現象是靠避雷針有效放電的「中和反應」,來消除並確保安全的。

多數情況下避雷針有效放電的「中和反應」,是隨著帶點雲層的靠近,即時、逐步進行的,這就避免異性電荷的大量累積,避免閃電現象的發生,是在不知不覺中「避雷」的。

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上面引述的「防雷專家」意見,要求把攝影機殼「等電位」接大地,說「攝影機外殼與金屬立桿連接後,不存在電位差;攝影機更安全」;這就是說,有帶電雲層對地面靜電感應時,也要把攝影機作為「大電流放電」通道。

這等於說雷雨天氣,把自己腳腕上綁一根導線接大地,讓帶電雲層通過人體,以低電阻、大電流對地放電。這不是防雷,是引雷,讓大電流融化攝影機。

還有,安防工程是一個涉及區域廣大的電氣連接系統,這A點發生了靜電感應,攝影機與接地立桿是「等電位」了,但是遠處沒有發生靜電感應區域B的,接大地的攝影機或主機,二者之間卻製造了「不等電位的環路連接」——這就是上面說的「沒有區域大系統電磁相容觀念和意識」造成的錯誤;

4) 雷電電磁感應指的是雷電電磁波,對導線的電磁感應。暴露在外部空間的導線——電力線、監控傳輸線,金屬立柱,金屬支架等等,都可以「接收到」 雷電電磁波的感應電流或電動勢。

雷電電磁波脈衝是毫微秒級的「高壓短脈衝」,它的頻譜,可以擴展到幾十到幾百兆赫以上。這麼高的頻譜,接地線也都失去了常規的「接地」意義。

一根幾米幾十米長的接地線,此時也變成了「接收天線」,對高頻來說,它們增大了「天線有效接收面積」,可以使系統接收的電磁脈衝能量更大、更高。

對於這種雷電電磁感應,傳統的避雷針系統是無能為力的。所以,這才是弱電系統、安防工程必須考慮的現實問題。



5) 對於室外、超出已有防避雷系統有效保護範圍的,一些監控點應該考慮設獨立「避雷針」,使這些點位的攝影機等安防器材在「避雷針」有效保護之下安全運行。

實在要把攝影機系統支架,安裝在避雷針立柱或塔架上時,必須做好攝影機機殼、視訊線BNC頭、電源線、控制線等與避雷針接地立柱的絕緣,要高強度的絕緣,這應該是上面引用的「第一類觀點」所說:「為防止電磁感應,沿電線桿引上的攝影機電源線和信號線,應穿在金屬管內以達到屏蔽作用,屏蔽金屬管的兩端均應接地」的正確理解——屏蔽線纜、與大地絕緣。

而「第二類觀點」錯誤的把它們接在一起——接大地;

6) 安防系統的防雷,是為了保護安防系統的安全運行,這應該是第一原則。前面引述的所謂前端「等電位連接」接大地的意見,其實踐結果是引雷,是製造地環路,製造安防系統的安全隱憂(後面有進一步分析)。


7) 防雷廠家的產品,包括某些「X合一防雷器」廠家,都沒有公開明確自己產品的接地關係,有的就是把影像防雷器的接大地點,與影像信號地(攝影機殼、BNC外殼、電纜屏蔽層)短路。如果不考慮地環路問題,這種防雷器連接方式,還不如就拉根接地導線更簡單,更方便,更便宜!

防雷源於強電系統,但防雷進入安防行業就應研究安防行業的特點和實際情況,那些「有口就接大地」的做法,只能是「專業的外行做法」。

把建築物防雷採用的「等電位體」概念,錯誤的用到「安防系統」,天真的設想出一種「區域系統等電位體」,這不僅是異想天開的錯誤,更是系統安全的殺手;下面來分析這個問題。


安防系統接大地怎麼做
1) 安防系統可以、也應該在建築物和供電防避雷系統,保護範圍之內安全運行,保護責任在甲方,不在安防工程方。在已有防避雷系統,保護範圍之外的室外攝影機和傳輸纜線,都應該設立獨立避雷針,穿金屬管或埋地保護,並保持絕緣關係。

2) 安防系統「單點接地原則」:即只有主機系統一點接大地,這是安全接地,確保操作人員安全;這也是洩放系統「靜電」的安全通路

3) 系統所有前端攝影機都要和大地絕緣,包括攝影機外殼、BNC外殼、影像信號地、直流電源地、解碼器的地等,都要和大地絕緣。系統中如果遠處有分控點,「分控機殼」也不要接大地,這也從工程案例中得到證實。

4) 攝影機、傳輸設備、數據通信設備等,本身已經具有防雷電電磁感應功能的,就不需要再加防雷器了。沒有防雷電電磁感應功能的設備,可以選用合格的防雷器解決。

值得注意的是:自帶防雷電電磁感應功能的設備,如果能緊密結合實際電路設計,其有效性要優於通用防雷器性能。這裡我們不做進一步探討。

                                                                                                                                                                                                                 

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