淮河流域水文站点视频监视站防雷系统应用

谢 力

一、引言

随着科技的进步，很多新技术在水资源监测站中得到应用。在水文站点视频监视能力建设方面，将原有的图像采集站升级改造为视频监视站，保证能实时观测站点的水尺桩及周围环境，提高观测效率，有效的实现对水利工程的现代化管理和智能化操作。因此，保障视频监视站点的长期稳定运行显得尤为重要。很多视频监视站地处野外，周围环境恶劣，发生雷电灾害的概率较高，为防止雷电对整个系统的破坏，系统的防雷措施是确保整个视频监视站安全运行的关键。

二、视频监视系统的组成

水文站视频监视系统主要由前端、传输和终端及控制系统三个组成部分。前端部分包括：摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等。传输部分包括：同轴电缆、网线、光纤、多芯线等。终端及控制系统包括:存储设备、画面分割器、监视器、控制设备等。作为整体系统唯一的数据来源，前端设备在系统中的作用很关键，高清晰度图像、低照度成像、智能跟踪、大范围覆盖、全天候运行等大量功能集中在前端设备上，前端设备的好坏直接影响到图像信号和整个监视系统的质量。在有限设备体积中集成大量微电子元件，对前端设备提出很高的电磁兼容要求。

三、防雷系统的选择及应用

（一）系统防雷

视频监视系统遭受雷击的方式主要有直击雷损害和感应雷损害两种。直击雷损害主要是由于视频监视系统的探测部分多被安装于相对开阔的位置，其遭受直击雷的风险相对较大。雷电可能直接击中露天摄像机或其他探测部分，造成设备损坏无法工作。此外，当连接监控室的外接线路（信号线、电源线或其他金属管线等）受到雷击或被雷电感应时，形成电位差，对设备造成潜在的危害和损坏。感应雷损害的发生是当雷击在摄像机的接闪器上接闪时，在引下线附近会产生很强的顺变电磁场，处在电磁场中的设备和传输管线会产生电磁感应。感应雷损害设备的概率较直击雷大，但直击雷危害程度更大。

根据实际工程经验，必须严格做好防雷保护与接地保护，确保视频监视系统和其他设备的正常运行，针对交流电的引雷做有效防雷，减少设备在雷电高发季节遭受雷击的可能性，采取交流电二级防雷措施。

综合分析视频监视站的各部分组成，感应雷入侵系统的过电压、过电流主要有以下三种入侵途径：由交流电源供电线路入侵，由通信网络线路入侵，地电压反击电压通过接地体入侵。

（二）防雷措施

1.均衡系统电位

各个设备需建立良好的等电位接地体，即交流工作接地、保护接地、直流工作接地、防雷接地公共一组接地装置的联合接地方式。

2.逐级分别泄流

在雷电经过的线路上逐级安装避雷设备，将雷电流、感应过电压逐级泄放。

3.加强屏蔽

在线路通道上建立屏蔽层，屏蔽层与接地系统良好连接，预防感应雷干扰和破坏线路及设备。电缆敷设在金属管线内，金属管线与接地系统良好连接，充当导线的屏蔽层。

从野外引入交流电源，由于线路长、架空，在开阔地带容易遭受雷电感应，在设备端容易形成过电压，损坏设备。所以，必须重点针对交流电充分考虑防雷措施。

（三）二级防雷措施

防雷措施重点是针对交流电防雷，为了提高安全性，交流电源进线端设置二级防雷，可以采用电涌保护器/第一级防雷模块和第二级防雷模块组合，在极大雷击电流下，将雷击电流逐级泄放，从而避免了雷电强电流高电压的损害。

二级电源电涌保护器装于同一个防雷设备箱中，二级电源电涌保护器之间留有5m 以上的电缆冗余。第一级选用最大放电电流为40kA 的电源电涌保护器，第二级选用最大放电电流为20kA 的电源电涌保护器。整套防雷箱体需安装在交流电源的进户最近的地方，接地端子也一同引入到此处，满足最短接地长度的要求。

（四）防雷接地

防雷避雷最重要的部分就是制作符合要求的防雷接地体，在雷电引入时，将雷电及时泻入大地，保护设备安全。

淮河流域大部分地区地下水丰富、埋藏浅、土层深厚，便于制作防雷接地体。防雷接地体可以用1.5m 长的镀锌角钢打入地下，再用镀锌扁钢将镀锌角钢连接（电焊），形成接地网，引入室内，作为交流电电源的进线防雷接地体。

（五）接地体施工

用3 根长1.5m 的镀锌角钢（规格：50mm×50mm×5mm），相距1.5m，一字排开，打入地下，桩头用40mm×5mm 的镀锌扁钢电焊连接，引入室内设备处。

扁钢和角钢的电焊连接长度不小于0.15m，电焊连接完成后，继续将桩头打入地下0.2m 深处，用土覆盖。扁钢引入室内，固定在墙上，端点处需要焊接（电焊）一支100mm×8mm 的螺栓（公制螺纹），并配上螺母、垫片，便于设备接地线缆连接。禁止在室外设置接地线连接端子（接地线缆端子置于室内可以防潮、防腐蚀）。

从接地网引出接地线，作为设备防雷接地，防雷接地引线用30mm 镀锌扁钢或横截面积大于35mm²的多股铜芯线。防雷接地体施工完成30d 以后，进行接地电阻的测量（接地体与大地之间的耦合稳定以后）。接地电阻不大于10Ω 为合格，采用专用的接地电阻测试仪进行测量。

（六）防雷器选型

根据以往施工经验，防雷器可选用PPS-040-2E 型与PPS-020-2E 型箱式限压型（三相、单相）电涌保护器（见图1），该设备适合安装在配电设备机壳内部，具备ll 级lll 级电涌保护器的所有功能，为单相、三相电源系统提供完善的保护，在极大雷击电流下，防雷器能将雷击电流逐级泄放，从而有效的保护了硬件设备不受到雷电强电流高电压的损害。防雷器主要特点是符合IEC、GB 防雷标准，多种放电电流参数可选，主要性能指标见表1。

图1 电涌保护器

表1 防雷器主要性能指标表

四、结语

雷电危害不可避免，随着视频监控系统受到雷击的事故不断增多,系统轻则暂停工作,重则无法正常工作甚至运行失灵,造成重大经济损失。视频监控系统的防雷是一个复杂的系统工程，只有做好整体的防雷规划及方案，才能达到良好的防雷效果■