攝像機立桿避雷針化防雷設計概況

　　目前安防行業(yè)流傳最多的“專業(yè)防雷廠家”設計是這樣描述的：“前端設備，如攝像頭應置于接閃器(避雷針或其它接閃導體)有效保護范圍之內(nèi)。當攝像機獨立架設時，原則上為了防止避雷針及引下線上的暫態(tài)高電位，避雷針最好距攝像機3-4米的距離。如有困難，避雷針也可以架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ8的鍍鋅圓鋼。為防止電磁感應，沿電線桿引上的攝像機電源線和信號線應穿在金屬管內(nèi)以達到屏蔽作用，屏蔽金屬管的兩端均應接地”。

　　還有更明確的描述：“室外金屬立桿攝像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泄放雷電流時會在金屬立桿周圍產(chǎn)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;而攝像機外殼與金屬立桿連接后不存在電位差;攝像機更安全。”

　　我們把這類設計稱為“攝像機立桿避雷針化設計”，它的典型架構如圖1所示。

　　安防行業(yè)還有一種流行做法和觀點：防雷就要接地，接地就可以防雷，接地就可以防干擾。把接地當成了安防系統(tǒng)防雷、防干擾的“法寶”，導致多點接地的安防系統(tǒng)屢見不鮮。

　　大量工程案例表明，這樣的工程不打雷不下雨還會莫名其妙的燒毀設備，燒毀抗干擾器、避雷器等。對上述這些現(xiàn)象，EIE實驗室經(jīng)過多年的模擬實驗研究和典型工程案例分析，初步揭開了其中的奧秘。

　　防雷器、浪涌保護器是否真能防護雷擊

　　許多“專業(yè)防雷廠家”介紹，要在立桿避雷針攝像機端和主機視頻輸入點安裝他們的“防雷器”或浪涌保護器。這有用嗎?曝光的案例是：連防雷器一起被燒毀。這種“專業(yè)防雷廠家”視頻通道的防雷設計有幾個疑點值得關注。

　　1)先看前端串接在攝像機輸出端的視頻信號防雷器：防雷器上端接視頻線的輸入輸出，另有一個接地點常態(tài)下與視頻線開路(有的產(chǎn)品做成了常態(tài)短路)，高壓時內(nèi)部元件將視頻線短路接地泄放雷電流，如圖2所示。

　　3)“專業(yè)防雷廠家”介紹的防雷器都是防感應雷的，沒有介紹可以有效防“雷電反擊電壓”而又不被燒毀的。但是他們積極推出的“安防防雷系統(tǒng)設計”卻敢于這么應用，說明這類設計缺乏起碼的安防系統(tǒng)概念。如果真有這么厲害的防雷器，那避雷針就可以不用了。

　　4)把“雷電反擊電壓”直接引入安防系統(tǒng)，到底是防雷還是引雷?對這個問題，2年多來的安防論壇追蹤，沒有一個“專業(yè)防雷廠家”能作出正面解釋，他們一律采取回避態(tài)度。到目前為止，只見過一些“專業(yè)防雷廠家”，積極倡導安防工程這樣設計和應用，沒有見過哪個專業(yè)廠家的防雷器(浪涌保護器)產(chǎn)品敢于宣傳“泄放雷電流的能力可以超過避雷針”，可以安全的限制“雷電反擊電壓”。

　　安全隱患一：把“雷電反擊電壓”直接引入安防系統(tǒng)

　　攝像機立桿避雷針化，就是指立桿按照避雷針設計，并強調(diào)攝像機外殼必須與金屬立桿等電位連接。我們來分析防直擊雷的“攝像機立桿避雷針化”，對安防系統(tǒng)的影響，其設計原理如圖3所示。

　　這里的要害問題是：攝像機是安防系統(tǒng)的有機組成部分，與主機和全系統(tǒng)有著緊密的電氣連接關系，“攝像機立桿避雷針化”后，避雷針也就“正式”成了安防系統(tǒng)的有機組成部分，避雷針也與主機和全系統(tǒng)有著緊密的電氣連接關系。這是安防工程的現(xiàn)實，也是“專業(yè)防雷廠家”有意無意回避或忽略的問題。

　　1)當立桿避雷針處于接閃狀態(tài)時，巨大的放電電流使大地A點的避雷針呈現(xiàn)出暫態(tài)高電位——也就是避雷針的“雷電反擊電壓”，這里我們簡稱“雷電壓”。

　　2)這類立桿避雷針的接地電阻，根據(jù)地質(zhì)條件的不同一般規(guī)定為4歐姆、10歐姆、20歐姆;假定避雷針放電的雷電流為100KA，這個“雷電壓”就是400KV以上，也就是40萬伏以上，這還不是最大可能數(shù)值。這一點每個“專業(yè)防雷廠家”都十分清楚。

　　3)安防系統(tǒng)的主機有安全接地點B，地電位為零，40萬伏的“雷電壓”，就通過視頻線直接引到了視頻主機上。這時的地電位環(huán)路等效原理，可簡化如圖4所示;

　　4)空氣的擊穿電壓大約為30KV/cm，400千伏的“雷電壓”加在攝像機和視頻電纜屏蔽層上，殃及全系統(tǒng)所有電氣連接設備，足以擊穿攝像機、解碼器、電源設備的電路板，燒毀電子元件，擊穿線纜的絕緣，主機系統(tǒng)也難逃厄運。

　　安防系統(tǒng)，是一個設備安裝區(qū)域廣泛，并有著電氣連接關系的信息系統(tǒng)。任意一個立桿避雷針接閃都會與其他接地點形成這種“雷電壓”電位差，都可能直接威脅整個安防系統(tǒng)的安全。

　　立桿避雷針接閃產(chǎn)生“雷電壓”，“雷電壓”又是通過地環(huán)路對安防系統(tǒng)起到威脅作用，攝像機與立桿“等電位聯(lián)接”是問題根本癥結。

　　所以，筆者認為攝像機立桿避雷針化的防雷設計是把“雷電反擊電壓”直接引入安防系統(tǒng)，是安防系統(tǒng)的重大安全隱患，是給安防系統(tǒng)人為安裝的一顆“定時炸彈”。

　　安全隱患二：地環(huán)路造成地電位差安全隱患

　　首先這些“專業(yè)防雷”設計者，允許并制造了安防系統(tǒng)多點接地，大量制造了系統(tǒng)的“地環(huán)路”。電網(wǎng)引起的地電位差，在非雷電氣象條件的“和平時期”，也是客觀存在的。工程中“地電位環(huán)路”的一般表現(xiàn)為對圖像的“地環(huán)路干擾”。

　　有關“地電位環(huán)路”形成原理，這里就不詳細介紹了，這里只介紹一下“地電位環(huán)路”的主要概念：

　　第一，地電位差的出現(xiàn)，主要是由三相電網(wǎng)不平衡造成的;電網(wǎng)形成的地電位差，可以通過“地環(huán)路”入侵到安防系統(tǒng)中。換句話說：安防系統(tǒng)多點接地形成的“地環(huán)路”，給“地電位差”入侵安防系統(tǒng)提供了充分條件。

　　第二，地電位差是不穩(wěn)定的，電網(wǎng)正常時表現(xiàn)很小，對視頻的干擾不明顯;有時又比較大，對視頻的干擾就很嚴重，可以引起“上下移動的橫杠干擾、圖像扭曲或圖像切割”，甚至造成主機“視頻丟失”;當電網(wǎng)發(fā)生變壓器故障、斷相、短路、大電機碰殼等重大電網(wǎng)故障時，地電位差可以瞬間突變到幾十伏，幾百伏。

　　第三，電網(wǎng)故障引起的地電位差，盡管遠沒有雷電壓高，但它是“連續(xù)的，持久的，直到電網(wǎng)故障有效排除”，浪涌保護器，防雷器等會由于持久放電被燒毀，更可以瞬間燒毀安防設備。

　　第四，多點接地形成的“地環(huán)路”，是威脅安防系統(tǒng)安全運行的“人造殺手”。

　　所以，筆者認為攝像機立桿避雷針化的防雷設計，又給安防系統(tǒng)制造了地環(huán)路安全隱患，這是威脅安防系統(tǒng)安全運行的又一個“人造殺手”，也是給安防系統(tǒng)安裝的第二顆“定時炸彈”。

　　值得關注和深思的問題

　　用于安防系統(tǒng)的立桿避雷針化設計在業(yè)內(nèi)已經(jīng)廣為流傳，并且還在繼續(xù)擴散。這種設計的影響，不僅是對某些具體工程的傷害和損失，更由于這種設計的“專業(yè)防雷廠家”參與了GA/T670-2006《安全防范系統(tǒng)雷電浪涌防護技術要求》的起草和形成，而影響到了行業(yè)標準具體條款，使這種“隱患設計”更加“標準化”、“合法化”、“權威化”，影響的廣度和深度還將會繼續(xù)擴大。

　　視頻信號防雷器是防感應雷用的，準確說是針對雷電電磁輻射，由視頻電纜接收到的高頻脈沖干擾而設置的防雷措施(控制線與電源線接收原理也一樣)。那么視頻信號防雷器“接地”用于“泄放雷電流”的作用和原理也就值得懷疑了。對于系統(tǒng)中不處于接閃狀態(tài)的前端攝像機來說，立桿避雷針的性質(zhì)也變成了“接收雷電干擾的天線”，防雷器的接地線，也變成了“接收雷電干擾的天線”，它們都增大了攝像機和視頻線接收雷電電磁干擾的“天線有效面積”，也就增大了接收雷電干擾的信號強度。所以，視頻信號防雷器所謂“泄放雷電流”的接地，對高頻電磁感應來說，是無效而有害的，這是基本的電磁場概念。

　　從原理上講，安防系統(tǒng)大量設置接地防雷器，希望有雷電浪涌時通過瞬態(tài)接地來“泄放雷電流”。但從另一個角度看，同時也就給安防系統(tǒng)制造了“瞬態(tài)多點接地”的地環(huán)路隱患，這個問題有待進一步探討，也希望能引起大家的思考和關注。

　　面對問題該如何改進現(xiàn)狀

　　針對上面的闡述，安防系統(tǒng)存在的重大安全隱患，總結為前端攝像機安裝在避雷針上和系統(tǒng)存在多點接地的“地環(huán)路”。那么面對著兩大隱患和防雷誤區(qū)，我們需要如何改進呢?

　　首先，要像了解安防系統(tǒng)各類產(chǎn)品一樣，只有了解一定的防雷基本原理，才能設計出具有有效防雷功能的安防系統(tǒng)，才能讓防雷技術更好的在安防系統(tǒng)安全運行中發(fā)揮作用。值得慶幸的是，許多安防工程廠家已經(jīng)從實踐中發(fā)現(xiàn)了一些問題，并創(chuàng)造出一些合理有效地防雷設計。但是較多的還是輕信、并“照葫蘆畫瓢”采用了這類“隱患設計”，給工程造成了嚴重損失。有的工程盡管隱患沒有發(fā)作，但這并不能代表“可行”，只能說沒有發(fā)生過雷擊接閃而已。

　　其次，防雷設計的重要性。防雷技術和產(chǎn)品要應用到安防系統(tǒng)，“專業(yè)防雷”還需要更多的了解安防系統(tǒng)集成原理，設計原則和運行特點，要有一個完整的安防系統(tǒng)概念，才能為安防系統(tǒng)設計出有效地防雷系統(tǒng)。廠家要多介紹安防防雷系統(tǒng)設計工作的原理，與安防行業(yè)多溝通，相互學習，不斷完善防雷設計;

　　再次，突出防雷在整個安防系統(tǒng)的重要性。防雷不是一個獨立和孤立的技術和產(chǎn)品，在安防系統(tǒng)中，防雷只是安防“系統(tǒng)技術”中的一部分。安防系統(tǒng)防雷設計的最終主體不是專業(yè)防雷廠家，而應該是安防行業(yè)系統(tǒng)設計單位。防雷設計和產(chǎn)品不同于一般的安防產(chǎn)品，一般的安防產(chǎn)品即使是假貨，也只是這一個產(chǎn)品出問題，對系統(tǒng)一般不會造成傷害。而防雷設計和產(chǎn)品影響的是全系統(tǒng)的安全，可以造成瞬間燒毀設備，造成系統(tǒng)癱瘓。所以，對安防系統(tǒng)防雷設計的宣傳和產(chǎn)品介紹應該有更嚴格，更規(guī)范并有法律依據(jù)的措施。

　　安防系統(tǒng)防雷與接地設計的幾點參考建議

　　1)防直擊雷：安防系統(tǒng)室外攝像機及其立桿，要設置在獨立避雷針有效保護范圍內(nèi)，又盡可能遠離避雷針。攝像機不能安裝在避雷針體上，攝像機立桿不要做成避雷針方式，攝像機要與立桿絕緣，千萬不要接大地，正確方式如圖5所示。

　　2)安防系統(tǒng)前端攝像機都必須和大地絕緣。防感應雷應選用防雷器，有的防雷器有接大地點，但不能把前端“視頻信號地(攝像機外殼，BNC外殼，視頻線屏蔽層)接地。“視頻信號地”常態(tài)下必須與大地絕緣。但要注意這里面還可能有“瞬態(tài)多點接地”隱患問題。

　　3)不管考慮防雷、防干擾、防靜電，安防系統(tǒng)前端都不應直接接大地，即不允許系統(tǒng)中存在“地環(huán)路”。安防系統(tǒng)接地設計原則是“單點接地”，系統(tǒng)只能有一個接大地點：系統(tǒng)主機接大地，這是安全接地，也用于泄放系統(tǒng)靜電。

　　4)系統(tǒng)攝像機也必須和鋼結構建筑物，金屬吊頂天花板，線槽，電梯轎廂等保持絕緣。