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安防设备防雷技术的要点总结

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2017-01-31 16:55:03

安防设备的防雷技术总结

安防设备的防雷
 
安防行业许多工程的防直击雷就是照此设计的,一个多次被雷劈了的案例就是这么做的。然而这种看似可以很好的防雷设计在不少工程中运用中并不防雷,不仅造成了设备的损害,甚至还影响到工程的整体质量。
 
安防行业的流行做法与观点:防雷就要接地,接地就可以防雷,接地就可以防干扰。把接地当成了安防系统防雷、防干扰的“法宝”,导致多点接地的安防系统屡见不鲜。
 
大量工程案例表明,这样的工程不打雷不下雨还会莫名其妙的烧毁设备,烧毁抗干扰器、避雷器等。对上述这些现象,EIE实验室经过多年的模拟实验研究和典型工程案例分析,初步揭开了其中的奥秘。 
 
防雷器、浪涌保护器是否真能防护雷击
 
 
1)先看前端串接在摄像机输出端的视频信号防雷器:防雷器上端接视频线的输入输出,另有一个接地点常态下与视频线开路(有的产品做成了常态短路),高压时内部元件将视频线短路接地泄放雷电流,如图二。 
安防设备的防雷 
注意:摄像机立杆接闪时,视频信号防雷器放电通道是:“避雷针体—摄像机—视频短线—防雷器内部放电元件短路—接地点—接地网”;接闪时,避雷针体与防雷器这两个“雷电流放电通道”是并联向地网放电的。
 
2)立杆避雷针接闪时,巨大的放电电流在避雷针体上形成巨大的“雷电反击电压”;视频信号防雷器的上端也同样加有这个“雷电反击电压”。

如果这个防雷器能够把40万伏以上的“雷电压”,削减到十几伏、几伏以下,那么这个防雷器泄放雷电流的能力必需大大超过避雷针,使雷电流“主要通过防雷器泄放”,而不是主要通过避雷针泄放。很难想象,“防雷器用≥2.5mm2的绝缘多股铜芯黄绿色软线直接与地网连接”,它的放电能力能远远超过金属立杆?显然不可能,后果只能是“引雷自毁”。
 
3)“专业防雷厂家”介绍的防雷器都是防感应雷的,没有介绍可以有效防“雷电反击电压”而又不被烧毁的。

但是,他们积极推出的“安防防雷系统设计”却敢于这么应用,说明这类设计缺乏起码的安防系统概念。如果真有这么厉害的防雷器,那避雷针就可以不用了。
 
4)把“雷电反击电压”直接引入安防系统,到底是防雷还是引雷?对这个问题,2年多来的安防论坛追踪,没有一个“专业防雷厂家”能作出正面解释,他们一律采取回避态度。到目前为止,只见过一些“专业防雷厂家”,积极倡导安防工程这样设计和应用,没有见过哪个专业厂家的防雷器(浪涌保护器)产品敢于宣传“泄放雷电流的能力可以超过避雷针”,可以安全的限制“雷电反击电压”。 
 
安全隐患一:把“雷电反击电压”直接引入安防系统
 
 
摄像机立杆避雷针化,就是指立杆按照避雷针设计,并强调摄像机外壳必须与金属立杆等电位连接。我们来分析防直击雷的“摄像机立杆避雷针化”,对安防系统的影响,其设计原理如图3所示。

安防设备的防雷 
问题要点:摄像机是安防系统的有机组成部分,与主机和全系统有着紧密的电气连接关系,“摄像机立杆避雷针化”后,避雷针也就“正式”成了安防系统的有机组成部分,避雷针也与主机和全系统有着紧密的电气连接关系。这是安防工程的现实,也是“专业防雷厂家”有意无意回避或忽略的问题。
 
1)当立杆避雷针处于接闪状态时,巨大的放电电流使大地A点的避雷针呈现出暂态高电位也就是避雷针的“雷电反击电压”,这里我们简称“雷电压”。
 
2)这类立杆避雷针的接地电阻,根据地质条件的不同一般规定为4欧姆、10欧姆、20欧姆;假定避雷针放电的雷电流为100KA,这个“雷电压”就是400KV以上,也就是40万伏以上,这还不是最大可能数值。这一点每个“专业防雷厂家”都十分清楚。
 
3)安防系统的主机有安全接地点B,地电位为零,40万伏的“雷电压”,就通过视频线直接引到了视频主机上。这时的地电位环路等效原理,可简化如图4所示; 
 
安防设备的防雷

4)空气的击穿电压大约为30KV/cm,400千伏的“雷电压”加在摄像机和视频电缆屏蔽层上,殃及全系统所有电气连接设备,足以击穿摄像机、解码器、电源设备的电路板,烧毁电子元件,击穿线缆的绝缘,主机系统也难逃厄运。
 
安防系统,是一个设备安装区域广泛,并有着电气连接关系的信息系统。任意一个立杆避雷针接闪都会与其他接地点形成这种“雷电压”电位差,都可能直接威胁整个安防系统的安全。
 
立杆避雷针接闪产生“雷电压”,“雷电压”又是通过地环路对安防系统起到威胁作用,摄像机与立杆“等电位联接”是问题根本症结。
 
所以,笔者认为摄像机立杆避雷针化的防雷设计是把“雷电反击电压”直接引入安防系统,是安防系统的重大安全隐患,是给安防系统人为安装的一颗“定时炸弹”。 
 
安全隐患二:地环路造成地电位差安全隐患 
 
首先这些“专业防雷”设计者,允许并制造了安防系统多点接地,大量制造了系统的“地环路”。电网引起的地电位差,在非雷电气象条件的“和平时期”,也是客观存在的。工程中“地电位环路”的一般表现为对图像的“地环路干扰”。
 
有关“地电位环路”形成原理,这里就不详细介绍了,这里只介绍一下“地电位环路”的主要概念:
 
第一,地电位差的出现,主要是由三相电网不平衡造成的;电网形成的地电位差,可以通过“地环路”入侵到安防系统中。换句话说:安防系统多点接地形成的“地环路”,给“地电位差”入侵安防系统提供了充分条件。
 
第二,地电位差是不稳定的,电网正常时表现很小,对视频的干扰不明显;有时又比较大,对视频的干扰就很严重,可以引起“上下移动的横杠干扰、图像扭曲或图像切割”,甚至造成主机“视频丢失”;当电网发生变压器故障、断相、短路、大电机碰壳等重大电网故障时,地电位差可以瞬间突变到几十伏,几百伏。
 
第三,电网故障引起的地电位差,尽管远没有雷电压高,但它是“连续的,持久的,直到电网故障有效排除”,浪涌保护器,防雷器等会由于持久放电被烧毁,更可以瞬间烧毁安防设备。
 
第四,多点接地形成的“地环路”,是威胁安防系统安全运行的“人造杀手”。
 
所以,笔者认为摄像机立杆避雷针化的防雷设计,又给安防系统制造了地环路安全隐患,这是威胁安防系统安全运行的又一个“人造杀手”,也是给安防系统安装的第二颗“定时炸弹”。
 
值得关注和深思的问题
 
用于安防系统的立杆避雷针化设计在业内已经广为流传,并且还在继续扩散。这种设计的影响,不仅是对某些具体工程的伤害和损失,更由于这种设计的“专业防雷厂家”参与了GA/T670-2006《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》的起草和形成,而影响到了行业标准具体条款,使这种“隐患设计”更加“标准化”、“合法化”、“权威化”,影响的广度和深度还将会继续扩大。
 
视频信号防雷器是防感应雷用的,准确说是针对雷电电磁辐射,由视频电缆接收到的高频脉冲干扰而设置的防雷措施(控制线与电源线接收原理也一样)。那么视频信号防雷器“接地”用于“泄放雷电流”的作用和原理也就值得怀疑了。对于系统中不处于接闪状态的前端摄像机来说,立杆避雷针的性质也变成了“接收雷电干扰的天线”,防雷器的接地线,也变成了“接收雷电干扰的天线”,它们都增大了摄像机和视频线接收雷电电磁干扰的“天线有效面积”,也就增大了接收雷电干扰的信号强度。所以,视频信号防雷器所谓“泄放雷电流”的接地,对高频电磁感应来说,是无效而有害的,这是基本的电磁场概念。
 
从原理上讲,安防系统大量设置接地防雷器,希望有雷电浪涌时通过瞬态接地来“泄放雷电流”。但从另一个角度看,同时也就给安防系统制造了“瞬态多点接地”的地环路隐患,这个问题有待进一步探讨,也希望能引起大家的思考和关注。
 
面对问题该如何改进现状
 
针对上面的阐述,安防系统存在的重大安全隐患,总结为前端摄像机安装在避雷针上和系统存在多点接地的“地环路”。那么面对着两大隐患和防雷误区,我们需要如何改进呢?
 
首先,要像了解安防系统各类产品一样,只有了解一定的防雷基本原理,才能设计出具有有效防雷功能的安防系统,才能让防雷技术更好的在安防系统安全运行中发挥作用。值得庆幸的是,许多安防工程厂家已经从实践中发现了一些问题,并创造出一些合理有效地防雷设计。

但是较多的还是轻信、并“照葫芦画瓢”采用了这类“隐患设计”,给工程造成了严重损失。有的工程尽管隐患没有发作,但这并不能代表“可行”,只能说没有发生过雷击接闪而已。
 
其次,防雷设计的重要性。防雷技术和产品要应用到安防系统,“专业防雷”还需要更多的了解安防系统集成原理,设计原则和运行特点,要有一个完整的安防系统概念,才能为安防系统设计出有效地防雷系统。厂家要多介绍安防防雷系统设计工作的原理,与安防行业多沟通,相互学习,不断完善防雷设计;
 
再次,突出防雷在整个安防系统的重要性。

防雷不是一个独立和孤立的技术和产品,在安防系统中,防雷只是安防“系统技术”中的一部分。

安防系统防雷设计的最终主体不是专业防雷厂家,而应该是安防行业系统设计单位。防雷设计和产品不同于一般的安防产品,一般的安防产品即使是假货,也只是这一个产品出问题,对系统一般不会造成伤害。而防雷设计和产品影响的是全系统的安全,可以造成瞬间烧毁设备,造成系统瘫痪。所以,对安防系统防雷设计的宣传和产品介绍应该有更严格,更规范并有法律依据的措施。

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