防雷技術在視頻監(jiān)控方面的應用與發(fā)展

1、防雷技術在視頻監(jiān)控方面的應用與發(fā)展摘要：隨著高科技技術產(chǎn)物的不斷生成,電子信息系統(tǒng)的日新月異和安全防范意識的不斷增強。視頻電子監(jiān)控系統(tǒng)的普及范圍也越來越廣,應用于交通、民航、金融、軍事、庫房、公路、超市、社區(qū)等公共場所。監(jiān)控系統(tǒng)因雷擊造成自動化監(jiān)控運行失靈以至于設備毀損。因此監(jiān)控系統(tǒng)的安全性對新的防雷技術要求成為新的課題。關鍵詞：垃圾；焚燒發(fā)電；發(fā)展?jié)摿?；政?防雷技術的發(fā)展當人們知道雷是一種電現(xiàn)象后，對協(xié)電的崇拜和恐懼就逐漸消失，并開始以科學的眼光來從新觀察這一神奇的自然現(xiàn)象，希望能利用或控制雷電活動以造福人類。200多年前富蘭克林率先在技術上向雷電發(fā)起了挑戰(zhàn)，他發(fā)明的避雷針可能要算是最早的

2、防雷產(chǎn)品，其實，富蘭克林在發(fā)明避雷針時是以為金屬避雷針的尖端放電作用可以綜合雷云中的電荷，使雷云和大地間的電場降低到無法擊穿空氣的水平，從而避免了雷擊的發(fā)生，所以當時的避雷針一定要求是尖的。但后來的研究表明：避雷針是無法避免雷擊的發(fā)生的，它之所以能防止雷擊是因為高高聳立的避雷針改變了大氣電場，使得一定范圍的雷云總是向避雷針放電，也就是說避雷針只是比它周圍的其它物體更容易接閃雷電，避雷針被雷擊中而其它物體受到保護，這就是避雷針的防雷原理。進一步的研究表明避雷針的接閃作用幾乎只與其高度有關，而與其外形無關，就是說避雷針不一定是尖的。現(xiàn)在防雷技術領域統(tǒng)稱這一類防雷裝置為接閃器。電的普遍使用促進了防雷

3、產(chǎn)品的發(fā)展，當高壓輸電網(wǎng)為千家萬戶提供動力和照明時，雷電也大量危害高壓輸變電設備。高壓線架設高、距離長、穿越地形復雜，容易被雷擊中。避雷針的保護范圍不足以保護上千公里的輸電線，因此避雷線作為保護高壓線的新型接閃器就應運而生。在高壓線獲得保護后，與高壓線連接的發(fā)、配電設備仍然被過電壓損壞，人們發(fā)現(xiàn)這是由于 “感應雷”在作怪。（感應雷是因為直擊雷放電而感應到附近的金屬導體中的，感應雷可通過兩種不同的感應方式侵入導體，一是靜電感應：當雷云中的電荷積聚時，附近的導體也會感應上相反的電荷，當雷擊放電時，雷云中的電荷迅速釋放，而導體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會沿導體流動尋找釋放通道，就會在電路中形成電

4、脈沖。二是電磁感應：在雷云放電時，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強大的瞬變電磁場，在其附近的導體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究表明：靜電感應方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應引起的浪涌。）雷電在高壓線上感應起電涌，并沿導線傳播到與之相連的發(fā)、配電設備，當這些設備的耐壓較低時就會被感應雷損壞，為抑制導線中的電涌，人們發(fā)明了線路避雷器。早期的線路避雷器是開放的空氣間隙?？諝獾膿舸╇妷汉芨?，約500kV/m，而當其被高電壓擊穿后就只有幾十伏的低壓了。利用空氣的這一特性人們設計出了早期的線路避雷器，將一根導線的一端連在輸電線上，另一根導線的一端接地，兩根導線的另一端相隔一定距離構成空氣間隙的兩個電極，間隙距離確

5、定了避雷器的擊穿電壓，擊穿電壓應略高于輸電線的工作電壓，這樣當電路正常工作時，空氣間隙相當于開路，不會影響線路的正常工作。當過電壓侵入時，空氣間隙被擊穿，過電壓被箝位到很低的水平，過電流也通過空氣間隙泄放入地，實現(xiàn)了避雷器對線路的保護。開放間隙有太多的缺點，如擊穿電壓受環(huán)境影響大；空氣放電會氧化電極；空氣電弧形成后，需經(jīng)過多個交流周期才能熄弧，這就可能造成避雷器故障或線路故障。以后研制出的氣體放電管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了這些毛病，但他們?nèi)匀皇墙⒃跉怏w放電的原理上。氣體放電型避雷器的固有缺點：沖擊擊穿電壓高；放電時延較長（微秒級）；殘壓波形陡峭（dV/dt較大）。這些缺點決

6、定了氣體放電型避雷器對敏感電氣設備的保護能力不強。半導體技術的發(fā)展為我們提供了防雷新材料，比如穩(wěn)壓管，其伏 安特性是符合線路防雷要求的，只是其通過雷電流的能力弱，使得普通的穩(wěn)壓管不能直接用作避雷器。早期的半導體避雷器是以碳化硅材料做成的閥式避雷器，它具有與穩(wěn)壓管相似的伏 安特性，但通過雷電流的能力很強。不過很快人們又發(fā)現(xiàn)了金屬氧化物半導體變阻器（MOV），其伏 安特性更好，并具有響應時間快、通流容量大等許多優(yōu)點。因此，目前普遍采用MOV線路避雷器。隨著通信的發(fā)展，又產(chǎn)生了許多用于通信線路的避雷器，由于受通信線路傳輸參數(shù)的約束，這一類避雷器要考慮電容和電感等影響傳輸參數(shù)的指標。但其防雷原理與MO

7、V基本一致。2雷擊所造成的危害雷擊是嚴重自然災害之一，隨著我國微電子設備內(nèi)部結構高度集成化，從而造成設備耐過電壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應雷及操作過電壓）浪涌的承受能力降低。雷擊所造成的破壞性后果體現(xiàn)于下列三種層次：設備損壞，人員傷亡；設備或元器件壽命降低；傳輸或儲存的信號、數(shù)據(jù)（模擬或數(shù)字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產(chǎn)生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓。使用避雷針防止直接雷擊實踐證明是經(jīng)濟和有效的，但是，避雷針不能阻止感應雷擊過電壓、操作過電壓以及雷電波入侵過電壓，而這類過電壓卻是破壞大量電子設備的罪魁禍首。每年各種通訊控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡因雷擊而受破壞的事例屢見不鮮，其中安防監(jiān)控系

8、統(tǒng)因受到雷擊引起設備損壞，自動化監(jiān)控失靈的事件也常有發(fā)生。安防監(jiān)控子系統(tǒng)中部分前端攝像機設計為室外安裝方式，對于雷雨多發(fā)地區(qū)必須設計安裝防雷電裝置。在今天的安防工程項目中，防雷已經(jīng)成為了安防系統(tǒng)設計、施工、驗收的重要內(nèi)容之一。特別是包含室外施工的工程，必須要根據(jù)標準規(guī)范認真做好防雷?，F(xiàn)代防雷的重點逐漸轉移到弱電防雷上，安防系統(tǒng)作為弱電的一部分，應用到越來越多的現(xiàn)代防雷技術，同時也對現(xiàn)代防雷技術提出了更多的要求，促進了現(xiàn)代防雷技術的發(fā)展與進步。隨著安防監(jiān)控系統(tǒng)在銀行、交通、小區(qū)、庫房管理中的迅速普及應用，設備因雷擊破壞的可能性就大大增加了。除因雷擊直接造成的巨大經(jīng)濟損失外，還會導致重要設備損壞，

9、進而使整個系統(tǒng)網(wǎng)絡陷入癱瘓，造成間接的損失更是驚人。3防雷產(chǎn)品分類現(xiàn)代防雷產(chǎn)品種類繁多，大致可分為四大類:(1)接閃器避雷針是最早的接閃器，也是目前世界上公認的最成熟的防直擊雷裝置。避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線是避雷針的變形，其接閃原理是一致的。理論上任何良好接地的金屬物體都可以作為接閃器，因此隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對接閃器的外形提出了要求，希望能與漂亮的現(xiàn)代建筑協(xié)調(diào)，出現(xiàn)了一些形狀各異，五彩繽紛的接閃器，但其防雷原理并沒有改變。由于傳統(tǒng)接閃器并沒有消除雷擊，而只是將雷電流引向自身，這樣會帶來地電位升高、側擊、雷電流電磁干擾等問題，雖然能采用其它技術手段解決，但人們總希望有一勞永逸的解決方法。近年來出

10、現(xiàn)了一些新產(chǎn)品，聲稱在進一步控制雷電方面取得了成果。(2)消雷器消雷器是國內(nèi)近年來有非常大影響的防雷產(chǎn)品。它是希望改變接閃器的材料和形狀來產(chǎn)生電流綜合雷云中的電荷，讓雷云在消雷器的保護范圍內(nèi)無法建立起接閃所需的場強，以達到消雷的目的。由于消雷器所聲稱的效果完全滿足了人們所希望的防雷效果，因此一段時間內(nèi)消雷器風靡國內(nèi)市場。后來國內(nèi)許多專家提出異議，認為消雷器的原理在技術上無法實現(xiàn)，并在理論上和實踐上提出了大量例證，市售消雷器并不能真正消雷。由于兩派觀點都有國內(nèi)知名防雷專家支持，所以消雷器在國內(nèi)防雷學術界引起極大的爭論，遺憾的是最后這些爭論發(fā)展到超出了學術范疇，認為是專家的道德問題，有的居然提到了

11、偽科學問題。結果誰也沒被說服，爭論最后以行政命令禁用消雷器而告終。在消雷器的繁榮時期，許多廠家也提供與消雷器相似原理的接閃器，名目繁多，有導體消雷器、半導體消雷器、大幅度降低接閃電流的特殊避雷針等。在各部發(fā)文禁用消雷器后，這些產(chǎn)品也銷聲匿跡，或改頭換面。(3)特殊避雷針還有一些避雷針承認自己接閃雷電，但其保護范圍特別大，而且不會因為加裝了避雷針而增大雷擊概率。這一類產(chǎn)品在市場上的份額不大，沒多少人去深究其技術原理的可行性。但在標準中規(guī)定任何接閃器都只能按滾球法校核保護范圍。(4)引下線一些廠家不在接閃器上作文章，卻在引下線上采取措施，他們認為接閃器接閃時大量的雷電流通過引下線入地，會在周圍的導

12、體中產(chǎn)生感應雷，因此推出有屏蔽作用的引下線。必須指出：感應雷主要是由雷云的靜電感應引起的，只屏蔽引下線作用并不大，而是要加強所有導線的屏蔽效果，才能削弱感應雷。 其實，在國標建筑物防雷設計規(guī)范（GB5005794）中，對金屬引下線的規(guī)定就已采取了降低引下線電磁干擾的措施，如多根引下線的分流作用，均勻對稱的布置在建筑物四周可相互抵消內(nèi)部電磁場，利用建筑物的鋼筋框架這個很好的屏蔽籠（法拉第籠）接閃引下雷電流等。因此，普通金屬引下線的方法在技術經(jīng)濟上都是可行的。4.新型避雷器的工作原理新型避雷器是使被保護電氣設備免遭雷電沖擊波襲擊的設備。當沿線路傳入被保護的電氣設備的雷電沖擊波超過避雷器保護水平時，

13、避雷器首先放電，并將雷電流經(jīng)過良導體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護電氣設備雷電沖擊水平以下，使電氣設備受到保護。氧化物避雷器是利用了氧化物閥片理想的伏安特性（非線性極高，即在大電流時呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓，在正常工頻電壓下呈高電阻特性），具有無間隙、無續(xù)流殘壓低、反應時間較快（25ns）等優(yōu)點，也能限制內(nèi)部過電壓，真正達到了安全避雷的目的。氧化物避雷器主要采用單片壓敏電阻，單片壓敏電阻避雷器是80年代由日本最先發(fā)明使用。直到現(xiàn)在，單片壓敏電阻的使用率也是避雷器中最高的。壓敏電阻避雷器的工作原理是利用了壓敏電阻的非線性特點。當電壓沒有波動時氧化物呈高阻態(tài)，當電壓

14、出現(xiàn)波動達到壓敏電阻的啟動電壓時壓敏電阻迅速呈現(xiàn)低阻態(tài)，將電壓限制在一定范圍內(nèi)。由于單片壓敏電阻的通流量一直不夠理想（一般單片壓敏電阻最大放電電流在20KA8/20uS）,在這種前提下多片組合壓敏電阻避雷器產(chǎn)生，多片壓敏電阻組合避雷器主要是解決了單片壓敏電阻的通流量較小，不能滿足B級場合的使用。多片壓敏電阻的產(chǎn)生從根本上解決了壓敏電阻通流量的問題。目前單獨的信號、視頻或者電源的防雷器并不多見，生產(chǎn)廠商為了簡化設備種類和方便實際使用，制造的多是視頻控制電源三合一的防雷器。如果監(jiān)控前端是由一個一體化球機和一個光端機的發(fā)射機構成，那么如何正確的做防雷才能實現(xiàn)最好的防護效果呢？在線路中使用了2個三合一

15、防雷器，2個防雷器的OUT端口分別接向球機和光端機，而IN端則接向兩者之間的線路。在這個系統(tǒng)中，球機和光端機之間的線纜無疑在雷電發(fā)生時將成為感應電荷積累的場所，一旦雷云放電，這些電荷必將脫離雷云的束縛向電纜2端迅速傾瀉，如果沒有防雷器，球機和光端機都將受到損壞。如今使用了2個防雷器，并正確安裝，就有效地保護了線纜2端的設備。有不少現(xiàn)場，在球機和光端機之間只安裝了一個防雷器，如果這樣安裝，一旦打雷，必然有一端的設備會很容易受到感應雷的沖擊，這點應引起重視。還有一點要特別注意，防雷器的接地端一定要就近可靠接地，接地電阻不應大于4歐姆。 上述防雷做法在實際操作中還有一些細節(jié)問題值得注意：首先，防雷器

16、的OUT端口應該離被保護的設備多遠？一般說來，防雷器要盡量靠近被保護設備，被保護設備至防雷器的連接線纜不得大于10米，如果超過10米，應酌情考慮增加避雷器；然后，防雷器的接地線的長度問題。防雷器的接地線應就近和接地體可靠連接，接地線長度盡量不超過0.5米，使接地電阻盡可能降到最小。最后需要特別強調(diào)的是，防雷工作的最終效果取決于接地。無論是防直擊雷的避雷針還是防感應雷的三合一防雷器，防雷設備的接地一定要可靠，同時接地電阻小于4歐姆。防雷的根本在于雷電發(fā)生時，防雷設備把雷電流迅速導向大地，如果不接地或者接地電阻過大，防雷效果將大打折扣，甚至完全不起作用。說明安裝于攝像槍視頻線路上，要主機視頻線路上

17、額定運行電壓Uc5V脈沖放電電流(8/20)isn5KA響應時間tA1ns數(shù)據(jù)傳輸速率FG150MHz工作溫區(qū)-400+800接口類型BNC plug5 防雷技術未來發(fā)展的展望(1)水平方面的雷擊對建筑物的損壞：放電現(xiàn)象與放電路徑存在一定的偏差。通常，放電現(xiàn)象是用雷電放電的理論來預測的，而來自水平方向的雷電放電路徑是觀測到的。在IEC TC81標準的討論中，對于高層建筑物上水平方向的雷擊必須考慮完全的保護。(2) 防雷區(qū)域(LPZ)：所有的防雷空間均按照對雷電流產(chǎn)生的LEMP(電磁脈沖)的響應進行分區(qū)，各個防雷空間之間的邊界是明確的，這個防雷空間稱為防雷區(qū)(LPZ)。在防雷區(qū)之間的邊界點的兩邊

18、，其電磁條件有很大差異。目前，有很多木造建筑物，在防雷區(qū)(LPZOB)以下的分類的具體情況目前仍未明確。(3)風險和管理：為了決定防雷措施的保護級別，有必要對被保護物(或人身)受雷擊的危險程度進行評價。針對這個評價得出的雷擊危險程度起草合理的防雷措施。世界上從來沒有對風險管理方法，為了對原來統(tǒng)計的雷擊現(xiàn)象采用合理的防雷措施，有必要引進風險管理的辦法。因為在IEC TC81標準中提到了風險評價的方法，在開始時有必要熟習該風險評價方法。但是，該風險的計算公式中，因為很多情況采用了較多的不可靠系數(shù)，該系數(shù)值的可靠性經(jīng)過充分的研究之后，有必要得出結論?，F(xiàn)在研究IECTC81標準的內(nèi)容時，有以下幾個問題

19、：計算機風險采用的假定條件是很多的，從知識的內(nèi)容來看，該假定條件不可能接近實際情況，最后的結果數(shù)值不可能是一步到位，檢查輸入功率的差錯很困難；對每棟建筑物的風險都要進行評估，對這些建筑物種類進行分類，不可能得到充分的結論；對各個建筑物容許風險程度的可靠性問題。(4)冬季雷問題：現(xiàn)在有些國家已對冬季雷進行了大量的研究，特別是關于電子設備防冬季雷的防雷措施和方法有很大的進展。冬季雷的特性帶來雷害的各種現(xiàn)象與IECTC81標準中的雷電特性有很大的不同。要通過這些研究弄清情況，特別要注意以下幾點：冬季雷具有往上發(fā)展光導放電，從高層建筑物朝雷云方面的先導放電的發(fā)展趨向，集中落雷在高層建筑物上；冬季雷會持續(xù)非常長時間的雷電流。通過的雷電流(即電荷量)很多，通常比夏季的雷電流值大100倍之多。6 避雷產(chǎn)品未來發(fā)展趨勢(1)標準化、模塊化設計：在針對電源系統(tǒng)進行防護的電源防雷器的開發(fā)設計中，廠商基本統(tǒng)一采用標準的模塊化設計，全部采用35mm標準電氣導軌的安裝方式，比起最初簡單的防護方法，此種設計安裝更方便，也可實現(xiàn)更好的防爆防火安全需求。(2)針對性的專業(yè)設計：隨著科技技術的發(fā)展，越來越多的高科技新型設備的出現(xiàn)，防雷的種類也在不斷推陳出新，為的是更好的滿足這些高科技新型設備的更高技術要求，所以針對每一種高科技新型設備，將會有更具針對性的專業(yè)化防雷產(chǎn)品出現(xiàn)。(3)精