闭路电视监控系统的过电压防护（防雷）

　　随着国家、社会不断进步和快速发展，人民生活日益提高，各个领域都需要利用闭路电视监控系统来保障国民的生产生活，闭路电视监控系统广泛用于校园、室外停车场、大型企业、矿山、码头等领域。这些闭路电视监控系统前端设备, 如摄像机大多数安装于室外,处于相对的开阔地带, 雷击风险比较大。闭路电视监控系统中电子设备, 其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电等电磁干扰非常敏感, 使得监控系统设备极易遭雷击过电压破坏, 造成整个闭路电视监控系统瘫痪。因此这些闭路电视监控系统在设计和施工时则必须考虑瞬间过电压防护（防雷）措施。

　　一、闭路电视监控系统出现瞬间过电压（雷击）三个常见的问题

　　1、已装有避雷针、接地网，并采取了联合接地，闭路电视监控系统设备为什么有时还会遭雷电损坏？

　　当雷电流通过避雷针、引入地网入地时，地电位瞬时升高。假设雷电流I=50KA，接地电阻R=1Ω ，地电位△U=I×R=50KA×1 Ω=50KV。

　　因为采取联合接地，设备地电位也相应升高50KV，而供电电源线和信号传输线是由远处引来，远端地电位仍处于零电位，因此设备外壳地电位将与设备的电源输入端间和信号输入端间出现50KV的巨大电位差（在防雷技术中称之为“反击”或“负电位引入”），造成设备相应部位损坏。

　　倘若地网接地不够良好，则反击电压还要高，可能损坏更严重。

　　2、监控中心机房并未遭雷，而是远处有落雷，为什么监控中心机房内设备有时也会遭损坏？

　　闭路电视监控系统前端设备摄像机的传输线由远处机房引来。假设在传输线附近有一落雷，传输线线路上感应瞬间过电压。这感应高电压沿传输线线路向两端扩展，如果监控中心机房距离落雷点不是太远，此感应电压传到机房时有可能仍有一定强度，以致损坏机房内设备。

　　3、在无雷的日子里，为什么监控中心机房设备电源模块有时仍会遭损坏？

　　对供电线路，我们总容易误认为：线路中流过的是很干净的正弦波。事实上由于电网的切换、同一电网中感性负载的启停等原因，在供电线路中会出现各种电压干扰。电网的有害干扰中，瞬间振荡、瞬间脉冲的发生率很高。

　　这种瞬变电压持续时间很短，短的只有几个微秒，非专用仪器还不易发现，但它们对设备的危害却不可低估。因为现代的监控安防设备均系微电子化产品, 这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性，往往越先进的设备中电路集成度越高，器件间距离有的只有零点几微米，因此供电电源中只要有稍大幅度脉冲冲击，就可能造成电路中的器件损坏 。只是它们较为隐蔽，而且是逐步造成损坏，损坏也不如雷电那么严重，主要体现在寿命缩短上，所以不易引起注意。

　　对电源中这种瞬间过电压，UPS和稳压器不但不能起到保护作用，相反地它们自己也成为需保护的对象。

　　二、瞬间过电压保护器的工作原理与选择

　　对于前面所提三种过电压损坏情况，我们应在闭路电视监控系统设备与外界联系的所有端口处（如电源线、视频信号传输线、控制信号传输线等导线入口处），都加装过电压保护器，把端口处出现的过电压旁路至地，才能不使其损坏机房内设备。这种保护器，在我国仍习惯地称之为“避雷器”，在国外被称作“过电压限制器”或“浪涌抑制器”（SURGE ARRESTER）、“瞬变电压浪涌抑制器”（TRANSIENT VOLTAGE SURGE SUPPRESSION）等。

　　其工作原理是：当线路上电压是在正常范围内，保护器（TVSS）呈现高阻抗，相当于开路。当线路上电压超过设定范围时，保护器迅速呈现低阻抗，将瞬间过电压能量全部或大部分泄放掉。从而达到保护住设备的目的。

　　加装保护器防过电压是十分必要的。对曾遭到过这类损坏的，加装保护器可以防止再遭损坏；对还没有遭到过此类损坏的，装置过电压保护器后设备可以免遭损坏，防患于未然，并可延长设备寿命，保证整个闭路电视监控系统正常运行。由于雷电造成的较大，选择过电压保护器可以着重考虑防雷电波侵入：

　　1、过电压保护器要选承受电流较大一些的（即通流容量大）

　　大多数情况下，雷电流是不大的，出现大电流的概率较低，如100KA雷电流出现的概率约为12%，尽管概率较低，但毕竟可能出现，而且出现在何时是难以预料的。所以，如经济条件允许，选用保护器可选承受电流较大些的。

　　2、过电压保护器一定要选残压低的

　　保护器两端残压就是加到设备去的最低电压（还要考虑到引线附加电压），在同样冲击电流下，残压越低的，保护性能就越好，设备越可得到有效保护。

 
　　3、过电压保护器要选性能/价格比高的

　　不同性能指标的过电压保护器，价格将相差很大，。故不能单看售价，还应作性能比较。

　　目前市面上比较常见的过电压保护器（避雷器）有：雷天科星LKWX保护器，蒙崎（HYC1）保护器，ESP furse保护器，DEHN保护器，美国北方技术公司的TVSS。

　　三、怎样在闭路电视监控系统抑制瞬间过电压

　　闭路电视监控系统监控中心机房所在建筑物应有防直击雷的避雷针、避雷带或避雷网，其防直击雷措施应符合GB50057－94中有关直击雷保护的规定。接地系统是防雷系统必要组成部分之一。所有防雷保护系统均应有可靠、有效的接地。良好的接地是防雷中至关重要的一环。闭路电视监控系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地,接地电阻值越小过电压值越低。监控中心机房采用专用接地装置时，其接地电阻不得大于4Ω，采用综合接地网时，其接地电阻不得大于1Ω。前端设备如摄像头应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。进入监控中心机房的各种金属管线应接到接地装置上。

　　由于雷击的能量是非常巨大的，需要通过分级泄放，将雷击能量逐步泄放到大地。所以要在闭路电视监控系统安装避雷针、接地网等保护措施是仅仅不够的，还要在闭路电视监控系统遭受瞬间过电压的入侵途径（电源线、视频信号传输线、控制信号传输线等导线）上采取措施。

　　1、闭路电视监控系统中电源线上瞬间过电压的保护

　　由于有80％雷击高电位是从电源线侵入的，为了保证监控安防系统设备安全，对监控安防系统的所有交流电源进线端均作有效的防雷保护。前端设备的交流电源进线处应安装相应的电源过电压保护器。进入到监控机房的电源线应考虑三级防护, 可在建筑物的总配电房的电源进线处安装一级电源过电压保护器, 在监控机房所在楼层配电箱的电源进线处安装二级电源过电压保护器, 在监控机房重要设备的电源进线处安装三级电源过电压保护器。

　　闭路电视监控系统前端设备摄像机的电源一般使用AC220V或AC24V，摄像机电源是由安防监控中心集中供电，在电源传输线两端应串联电源过电压保护器，也就是进入前端设备之前或进入闭路电视监控系统终端控制中心前应加装相应的电源保护器。

　　2、闭路电视监控系统中视频信号线上瞬间过电压的保护

　　闭路电视监控系统图像信号由前端设备摄像机通过同轴电缆传输到监控中心主机上，然后在监视器显示图像，视频传输线一般采用专用的SYV75欧姆系列同轴电缆。视频传输线上也会感应雷击，进而损坏闭路电视监控系统。在视频传输线两端应串联同轴过电压保护器，同轴过电压保护器的输入端(IN)与信号通道相连，输出端(OUT)与被保护设备相连并紧靠被保护设备安装，不能接反。把同轴过电压保护器的接地线与防雷系统接地线可靠连接，接线越短越好，最长不能超过1m。

　　当传输网络处于正常工作状态，同轴信号过电压保护器对视频信号传输没有任何影响。当危害传输设备的瞬间过电压经直接或感应方式侵入传输网络时，同轴保护器立即导通，对地放电（能量释放），同轴过电压保护器内的限压原件把过电压的幅值降到设备能承受的耐压范围内，从而起到保护作用。当瞬间过电压消失后，同轴过电压保护器重新恢复工作状态。选择同轴过电压保护器应考虑视频信号基带频率（约6MHz带宽），如果低于此基带频率，会影响图像传输质量。

　　3、闭路电视监控系统中控制信号线上瞬间过电压的保护

　　闭路电视监控系统中前端设备摄像机有的是带电动云台和电动镜头的，闭路电视监控系统终端控制设备通过控制信号线缆控制，包括云台的上、下、左、右、自动旋转和电动镜头的变倍、聚焦、光圈控制。目前闭路电视监控系统中控制信号一般采用RS485通信方式。RS-485通信线缆一般采用屏蔽双绞线传输。

　　控制信号线传输距离长，耐压水平低，极易感应雷电流而损坏设备，为了将雷电流从信号传输线传导入地，在控制信号两端应串联信号过电压保护器，信号过电压保护器接口的“A”、“B”端与前端摄像机控制信号 “A”、“B” 接口相连，通过屏蔽双绞线与闭路电视监控中心机房信号过电压保护器接口的“A”、“B”连接，再与闭路电视监控系统终端控制设备的“A”、“B” 接口相连，不要接反，否则无法控制摄像机。注意前端信号过电压保护器和终端信号过电压保护器的接地线与防雷系统接地线可靠连接，否则整个控制信号线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波，极易遭受感应雷的入侵。

　　控制信号过电压保护器须快速响应，在设计信号传输线的保护时必须考虑信号的传输速率、信号电平，启动电压以及雷电通量等参数根据现场环境不同，需要有不同的过电压保护形式。在闭路电视监控系统的设计和施工中一定要考虑一项或多项过电压保护器组合方案，既要实用有效又能性能价格比好的过电压保护器。


        （本文作者系：上海冠林电器（海安）有限公司生产、质检总监）