攝像機(jī)立桿避雷針化防雷設(shè)計(jì)概況

目前安防行業(yè)流傳最多的“專業(yè)防雷廠家”設(shè)計(jì)，是這樣描述的：

“前端設(shè)備，如攝像頭應(yīng)置于接閃器（避雷針或其它接閃導(dǎo)體）有效保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)攝像機(jī)獨(dú)立架設(shè)時(shí)，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(jī)3－4米的距離。如有困難，避雷針也可以架設(shè)在攝像機(jī)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(yīng)，沿電線桿引上的攝像機(jī)電源線和信號(hào)線應(yīng)穿在金屬管內(nèi)以達(dá)到屏蔽作用，屏蔽金屬管的兩端均應(yīng)接地”。

還有更明確的描述：

“室外金屬立桿攝像機(jī)需不需要與立桿絕緣？不需要，且必須進(jìn)行可靠的等電位連接。當(dāng)金屬立桿遭受直接雷擊或泄放雷電流時(shí)會(huì)在金屬立桿周圍產(chǎn)生一磁場，這一磁場達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)會(huì)對(duì)附近的電子設(shè)備放電；而攝像機(jī)外殼與金屬立桿連接后不存在電位差；攝像機(jī)更安全?！?/p>

我們把這類設(shè)計(jì)稱為“攝像機(jī)立桿避雷針化設(shè)計(jì)”，它的典型架構(gòu)如圖1所示。

安防行業(yè)許多工程的防直擊雷，就是照此設(shè)計(jì)的。前面第一個(gè)多次被雷劈了的案例就是這么做的。然而這種看似可以很好的防雷設(shè)計(jì)，在不少工程中運(yùn)用中并不防雷，不僅造成了設(shè)備的損害，甚至還影響到工程的整體質(zhì)量。

安防行業(yè)還有一種流行做法和觀點(diǎn)：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(dāng)成了安防系統(tǒng)防雷、防干擾的“法寶”，導(dǎo)致多點(diǎn)接地的安防系統(tǒng)屢見不鮮。

大量工程案例表明，不打雷不下雨，還會(huì)莫名其妙的燒毀設(shè)備，燒毀抗干擾器、避雷器等。對(duì)上述這些現(xiàn)象，EIE實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過多年的模擬實(shí)驗(yàn)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(hù)器是否真能防護(hù)雷擊

許多“專業(yè)防雷廠家”介紹，要在立桿避雷針攝像機(jī)端和主機(jī)視頻輸入點(diǎn)，安裝他們的“防雷器”或浪涌保護(hù)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(shè)計(jì)，有幾個(gè)疑點(diǎn)值得關(guān)注：

1）先看前端串接在攝像機(jī)輸出端的視頻信號(hào)防雷器：防雷器上端接視頻線的輸入輸出；另有一個(gè)接地點(diǎn)，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(shí)，內(nèi)部元件將視頻線短路接地，泄放雷電流，如圖二所示。

這里應(yīng)該注意到：攝像機(jī)立桿接閃時(shí)，視頻信號(hào)防雷器放電通道是：“避雷針體—攝像機(jī)—視頻短線—防雷器內(nèi)部放電元件短路—接地點(diǎn)—接地網(wǎng)”；接閃時(shí)，避雷針體與防雷器這兩個(gè)“雷電流放電通道”，是并聯(lián)向地網(wǎng)放電的。

2） 立桿避雷針接閃時(shí)，巨大的放電電流，在避雷針體上形成巨大的“雷電反擊電壓”；視頻信號(hào)防雷器的上端也同樣加有這個(gè)“雷電反擊電壓”。如果這個(gè)防雷器能夠把40萬伏以上的“雷電壓”，削減到十幾伏，幾伏以下，那么這個(gè)防雷器泄放雷電流的能力必需大大超過避雷針，使雷電流“主要通過防雷器泄放”，而不是主要通過避雷針泄放。很難想象，“防雷器用≥2.5mm2的絕緣多股銅芯黃綠色軟線直接與地網(wǎng)連接”，它的放電能力能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬立桿？顯然不可能，后果只能是“引雷自毀”；

3） “專業(yè)防雷廠家”介紹的防雷器，都是防感應(yīng)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(shè)計(jì)”，卻敢于這么應(yīng)用，說明這類設(shè)計(jì)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(duì)這個(gè)問題，2年多來的安防論壇追蹤，沒有一個(gè)“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(dǎo)安防工程這樣設(shè)計(jì)和應(yīng)用，沒有見過哪個(gè)專業(yè)廠家的防雷器（浪涌保護(hù)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：

攝像機(jī)立桿避雷針化設(shè)計(jì)

攝像機(jī)立桿避雷針化，就是指立桿按照避雷針設(shè)計(jì)，并強(qiáng)調(diào)攝像機(jī)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(jī)立桿避雷針化”，對(duì)安防系統(tǒng)的影響，其設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

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

1）當(dāng)立桿避雷針處于接閃狀態(tài)時(shí)，巨大的放電電流，使大地A點(diǎn)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(gè)“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(diǎn)每個(gè)“專業(yè)防雷廠家”都十分清楚；

3）安防系統(tǒng)的主機(jī)，有安全接地點(diǎn)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(jī)上。這時(shí)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(jī)和視頻電纜屏蔽層上，殃及全系統(tǒng)所有電氣連接設(shè)備，足以擊穿攝像機(jī)、解碼器、電源設(shè)備的電路板，燒毀電子元件，擊穿線纜的絕緣，主機(jī)系統(tǒng)設(shè)也難逃厄運(yùn)；

安防系統(tǒng)，是一個(gè)設(shè)備安裝區(qū)域廣泛、并有著電氣連接關(guān)系的信息系統(tǒng)。任意一個(gè)立桿避雷針接閃，都會(huì)與其他接地點(diǎn)形成這種“雷電壓”電位差，都可能直接威脅整個(gè)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(duì)安防系統(tǒng)起到威脅作用，攝像機(jī)與立桿“等電位聯(lián)接”是問題根本癥結(jié)。

所以，筆者認(rèn)為攝像機(jī)立桿避雷針化的防雷設(shè)計(jì)，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(shí)炸彈”。

安全隱患二：

給安防系統(tǒng)制造“地環(huán)路”

首先這些“專業(yè)防雷”設(shè)計(jì)者，允許并制造了安防系統(tǒng)多點(diǎn)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(shí)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(duì)圖像的“地環(huán)路干擾”。

有關(guān)“地電位環(huán)路”形成原理，這里就不詳細(xì)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(diǎn)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(shí)表現(xiàn)很小，對(duì)視頻的干擾不明顯；有時(shí)又比較大，對(duì)視頻的干擾就很嚴(yán)重，可以引起“上下移動(dòng)的橫杠干擾、圖像扭曲或圖像切割”，甚至造成主機(jī)“視頻丟失”； 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生變壓器故障、斷相、短路、大電機(jī)碰殼等重大電網(wǎng)故障時(shí)，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(yuǎn)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(hù)器，防雷器等會(huì)由于持久放電被燒毀，更可以瞬間燒毀安防設(shè)備。

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

所以，筆者認(rèn)為攝像機(jī)立桿避雷針化的防雷設(shè)計(jì)，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(yùn)行的又一個(gè)“人造殺手”，也是給安防系統(tǒng)安裝的第二顆“定時(shí)炸彈”。

值得關(guān)注和深思的問題

用于安防系統(tǒng)的立桿避雷針化設(shè)計(jì)，在業(yè)內(nèi)已經(jīng)廣為流傳，并且還在繼續(xù)擴(kuò)散；這種設(shè)計(jì)的影響，不僅是對(duì)某些具體工程的傷害和損失，更由于這種設(shè)計(jì)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(hù)技術(shù)要求》的起草和形成，而影響到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)具體條款，使這種“隱患設(shè)計(jì)”更加“標(biāo)準(zhǔn)化”、“合法化”、“權(quán)威化”，影響的廣度和深度還將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大；

視頻信號(hào)防雷器，是防感應(yīng)雷用的，準(zhǔn)確說是針對(duì)雷電電磁輻射，由視頻電纜接收到的高頻脈沖干擾而設(shè)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(hào)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(duì)于系統(tǒng)中不處于接閃狀態(tài)的前端攝像機(jī)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(jī)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(hào)強(qiáng)度。所以，視頻信號(hào)防雷器所謂“泄放雷電流”的接地，對(duì)高頻電磁感應(yīng)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(shè)置接地防雷器，希望有雷電浪涌時(shí)通過瞬態(tài)接地來“泄放雷電流”。但從另一個(gè)角度看，同時(shí)也就給安防系統(tǒng)制造了“瞬態(tài)多點(diǎn)接地”的地環(huán)路隱患，這個(gè)問題，有待進(jìn)一步探討，也希望能引起大家的思考和關(guān)注。

面對(duì)問題該如何改進(jìn)現(xiàn)狀

針對(duì)上述的闡述，安防系統(tǒng)存在的重大安全隱患，總結(jié)為前端攝像機(jī)安裝在避雷針上和系統(tǒng)存在多點(diǎn)接地的“地環(huán)路”。那么面對(duì)著兩大隱患和防雷誤區(qū)，我們需要如何改進(jìn)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(shè)計(jì)出具有有效防雷功能的安防系統(tǒng)，才能讓防雷技術(shù)更好的在安防系統(tǒng)安全運(yùn)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(shí)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(shè)計(jì)。但是較多的還是輕信、并“照葫蘆畫瓢”采用了這類“隱患設(shè)計(jì)”，給工程造成了嚴(yán)重?fù)p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(shè)計(jì)的重要性。防雷技術(shù)和產(chǎn)品要應(yīng)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(shè)計(jì)原則和運(yùn)行特點(diǎn)，要有一個(gè)完整的安防系統(tǒng)概念，才能為安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)出有效地防雷系統(tǒng)。廠家要多介紹安防防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的原理，與安防行業(yè)多溝通，相互學(xué)習(xí)，不斷完善防雷設(shè)計(jì)；

再次，突出防雷在整個(gè)安防系統(tǒng)的重要性。防雷不是一個(gè)獨(dú)立和孤立的技術(shù)和產(chǎn)品，在安防系統(tǒng)中，防雷只是安防“系統(tǒng)技術(shù)”中的一部分。安防系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)的最終主體，不是專業(yè)防雷廠家，而應(yīng)該是安防行業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位；防雷設(shè)計(jì)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(gè)產(chǎn)品出問題，對(duì)系統(tǒng)一般不會(huì)造成傷害。而防雷設(shè)計(jì)和產(chǎn)品，影響的是全系統(tǒng)的安全，可以造成瞬間燒毀設(shè)備，造成系統(tǒng)癱瘓。所以，對(duì)安防系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)的宣傳和產(chǎn)品介紹，應(yīng)該有更嚴(yán)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(shè)計(jì)的幾點(diǎn)參考建議

1) 防直擊雷：安防系統(tǒng)室外攝像機(jī)及其立桿，要設(shè)置在獨(dú)立避雷針有效保護(hù)范圍內(nèi)，又盡可能遠(yuǎn)離避雷針。攝像機(jī)不能安裝在避雷針體上，攝像機(jī)立桿不要做成避雷針方式，攝像機(jī)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(jī)都必須和大地絕緣。防感應(yīng)雷應(yīng)選用防雷器，有的防雷器有接大地點(diǎn)，但不能把前端“視頻信號(hào)地（攝像機(jī)外殼，BNC外殼，視頻線屏蔽層）接地?！耙曨l信號(hào)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(diǎn)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(yīng)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(shè)計(jì)原則是“單點(diǎn)接地”，系統(tǒng)只能有一個(gè)接大地點(diǎn)：系統(tǒng)主機(jī)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(jī)也必須和鋼結(jié)構(gòu)建筑物，金屬吊頂天花板，線槽，電梯轎廂等保持絕緣。