智能球机监控系统SPD设计分析

（石河子气象局，石河子市，832000）

1 引言

随着社会的发展进步，电视监控系统在社会的广泛应用，其遭雷击损坏的时间也越来越多,严重的使整个系统运行瘫痪，甚至危机人员安全。所以，安防监控系统自身的安全性也成为一个新的、重要的问题。为配合其它相关防雷措施，达到保护系统正常运行的目的，有效防止雷电波的侵入，因此需要设计研制一种专门针对视频监控系统的电涌保护器，分析智能球机监控系统监控的两路端口，提出其电气与电子线路的设计和防护方法。

2 智能球机监控系统监控电涌保护器概述

雷电和电涌电压成为信息时代的一大公害。视频监控由大规模集成电路组成，微电子器件的绝缘强度低，而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受过电压特别是雷电袭击而受到损害的可能性就大大增加，其后果可能使整个系统运行中断，并造成难以估量的经济损失。

2.1 智能球机监控系统构成及雷电防护

2.1.1 智能球机监控系统的构成

智能球机监控系统，一般由以下三部分组成（如图1）：

前端部分：主要由摄像机、云台、防护罩、支架等组成。

传输部分：使用同轴电缆、电线、多芯线。

终端部分：主要由控制设备、画面分割器、监视器、录像存储设备等组成。

图1 安防监控系统基本构成图

2.1.2 智能球机监控系统遭受雷击损害原因

为了对安全监控系统采取有效的防雷保护措施，保障监控系统正常可靠的运行，首先应明确监控系统遭受雷击的主要原因以及雷电可能的侵入途径，尤其是雷击损坏较为严重的室外监控设备，在分析其损坏原因的基础上，正确选择和使用监控系统设备的布放、屏蔽及接地方式等[1]。高清视频监控系统如果遭受雷击，将可能由以下几种途径对系统产生破坏。

（1）直击雷

直击雷防护是防雷保护不可或缺的重要基础，是防雷保护不可忽视的组成部分[6]。智能球机监控系统前端设备有室外和室内两种，安装在室内的设备一般不会遭受直击雷，而安装于室外的设备，多数处于相对的开阔地带，雷电直接击中露天的视频监控上，直接损毁设备，或雷电直接击在线缆上，造成线缆熔断、损坏。智能球机监控系统前端设备，如摄像头等，应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。

（2）雷电侵入波

智能球机监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线、导体侵入设备，导致高电位差使设备损坏。

（3）雷电感应

电磁感应：当附近区域有雷击闪络时，在雷击落实通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势，以致损坏、损毁设备[2]。

静电感应：当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达100kV静电电位，信号线路上可40～60kV静电电位，一旦雷云放电后，束缚电荷迅速扩散，即引起感应雷击。

电磁感应和静电感应引发的雷击现象均称为感应雷，又称二次雷。它对设备的损害没有直击雷来的猛烈，但它要比直击雷发生的机率大得多，有统计显示，感应雷击约占现代雷击事故的80%以上。

（4）地电位反击

直击雷防护装置（避雷针）在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压，对周围与它们靠得近却又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差引起的电击就是地电位反击。这种反击不仅足以损坏电器和设备，也可能造成人身伤害或火灾爆炸事故[2]。

任何一个视频监控系统均由前端系统、传输系统、终端系统及控制系统四部分组成。前端系统一般在室外，容易遭受直击雷和感应雷；同时，通过传输系统及传输系统本身对雷电的感应，将雷电波传输到监控中心，损坏终端设备，破坏控制系统。

根据对智能球机监控系统的结构分析，以及雷电可能的侵入途径，为智能球机监控系统设计了以下防雷解决方案。

3 智能球机监控系统电涌保护器设计原理

3.1 前端设备的防雷措施

前端设备有室外和室内安装两种情况，安装在室内的设备一般不会遭受直接雷击，但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害，而室外的设备当其没有处于建筑物直击雷安全保护范围之内的则同时需采取防直击雷措施。为防止雷电波沿线路侵入前端设备，应在设备前的每条线路上加装适配的电源浪涌保护器，如电源线（220V或24V）、视频信号线和云台控制线。摄像机的电源一般使用AC220V或24V，其信号线传输距离长，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，信号过电压浪涌保护器必须能快速响应，同时必须考虑信号的传输速率等参数的匹配。室外的前端设备应有良好的接地，接地母线应采用铜质线，接地导线截面积不小于25mm2，接地端子应有地线符号标记。共用接地时接地电阻按接入设备中的最小值确定；单独接地时接地电阻不得大于4Ω。

3.2 传输设备的防雷措施

传输设备主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的电源可从终端设备处引入，也可从监视点附近的电源引入。控制信号传输线和视频信号传输线一般选用芯屏蔽软线，架设（或敷设）在前端与终端设备之间。按照防雷理论，直接埋地敷设方式防雷效果最佳，架空线最容易遭受雷击，并且破坏性大，波及范围广，为避免首尾端设备损坏，架空线传输时应在每一电杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入适配的浪涌保护器。采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，保持钢管的电气连通且钢管两端均必须接地，如电缆全程穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，但埋地长度不得小于15m，在入户端将电缆金属外皮、钢管就进与防雷接地装置作等电位连接。

3.3 终端设备的防雷措施

控制设备及显示、记录设备都是安放在监控室内，因此监控室的防雷应从直击雷防护、雷电电磁脉冲防护、建筑物或监控室屏蔽、等电位连接和电涌保护多方面进行。监控室所在建筑物应有防直击雷的措施，其防直击雷措施应符合GB50057中有关直击雷保护的规定。监控室位置应选在建筑物顶四层以下中心部位的LPZ1区-LPZ2区。进入监控室的各种金属管线应接到防雷电感应的接地装置上，架空电缆线直接引入时，在入户处应加装适配的电涌保护器，并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。监控室内应设置等电位连接母线（或金属板），该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差，避免地电位反击损坏设备。所安装的各种电涌保护器，其接地线应以最直和最短的路径与等电位连接母排进行等电位连接。

4 小结

雷电对智能球机监控系统的损害方法是多方面的，对智能球机监控系统遭受雷击损害的主要缘故，以及可能的侵入方法作了初步的分析，并且做出以下工作。

（1）分析智能球机监控系统监控内部结构、工作原理及雷电对智能球机监控系统监控的危害，在现有的技术基础上采取完善的雷击防范措施，将雷击所导致的风险降低到最小程度。

（2）提出解决方案，在设备的信号端口和电源端口安装SPD。

（3）在设计SPD时，先要考虑被保护设备的工作原理、电性能参数、耐受电压能力及其安装环境等参数，然后考虑信号端口传输线路可能传来的过电压幅值，合理选择保护元器件。

（4）安防监控系统一般是在二次装修过程中设置的，因此其防雷重点应主要从防雷电电磁脉冲辐射和防雷电波侵入方面进行防护，对设置在室外的前端设备，同时应对其采取直击雷防护措施。

以上为智能球机监控系统电涌保护器设计的整体思路，总之，在安防监控系统防雷装置设计与施工前，要充分考虑监控系统所处的地理、环境及被保护物的特点等，详细研究并确定防雷装置的形式及其布置，方能获得良好的防雷效果。