從防雷接地談監(jiān)控系統(tǒng)的接地

1、從防雷接地談監(jiān)控系統(tǒng)的接地發(fā)布人：嘉信銘遠(yuǎn) 瀏覽10次 發(fā)布時間：2010年5月24日打印本頁安防系統(tǒng)的接大地，一般岀于三點(diǎn)考慮：安全，抗干擾，防雷。安防行業(yè)有關(guān)防雷的文章和帖子很多，但有些概念不夠準(zhǔn)確，甚至是錯誤的，在工程設(shè)計(jì)參考時讓人感到有些無所適從?！居嘘P(guān)防雷的兩類觀點(diǎn)】我們先看看有關(guān)防雷常見的“第一類觀點(diǎn)”：1）“監(jiān)控室內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接母線（或金屬板），該等電位連接母線應(yīng)與建筑物防雷接地、PE線、設(shè)備保護(hù)地、防靜電地等連接到一起防止危險(xiǎn)的電位差。各種電涌保護(hù)器（避雷器）的接地線應(yīng)以最直和最短的距離與等電位連接母排進(jìn)行電氣連接”一一總之一句話：主機(jī)系統(tǒng)機(jī)殼接大地。2）“前端設(shè)備如攝像頭

2、應(yīng)置于接閃器（避雷針或其它接閃導(dǎo)體）有效保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)紅外攝像機(jī)獨(dú)立架設(shè)時，原則上為了防止避雷針及引下線上的暫態(tài)高電位，避雷針最好距攝像機(jī)3-4米的距離。如有困難，避雷針也可以架設(shè)在紅外攝像機(jī)的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用8的鍍鋅圓鋼。為防止電磁感應(yīng)， 沿電線桿引上的攝像機(jī)電源線和信號線應(yīng)穿在金屬管內(nèi)以達(dá)到屏蔽作用，屏蔽金屬管的兩端均應(yīng)接地”。3）“根據(jù)GB50343- 2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范的以上條款分析：監(jiān)控系統(tǒng)的防雷接地應(yīng)與系統(tǒng)的交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地共用一組接地裝置，接地電阻不得大于1Q”?？戳诉@一段論述，有一點(diǎn)是明確的：監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)要

3、接好大地。但是前端攝像機(jī)機(jī)殼到底是 接大地還是不接大地呢？第二條里沒有明確，按第三條理解，似乎應(yīng)該和防雷接地“共用一 組接地裝置”。再看一個防雷廠家最有代表性、 最明確、 最典型， 也被廣為轉(zhuǎn)載的論述， 這是“第二類觀點(diǎn)” 節(jié)引如下：1. “什么是等電位連接？攝像機(jī)等電位連接怎么做？GB50057-94 對等電位連接定義 ：將分開的裝置、諸導(dǎo)電物體等用等電位連接導(dǎo)體或電涌保 護(hù)器連接起來，以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差。就紅外攝像機(jī)等電位而言，等電位 是指攝像機(jī)的金屬外殼、機(jī)架、金屬管、槽、屏蔽線纜外層、設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接 地、浪涌保護(hù)器接地（SPD接地端等均應(yīng)與等電位連接端子連接

4、。等電位連接的目的：降 低設(shè)備各部件之間的電位差及統(tǒng)一系統(tǒng)的零電位參考點(diǎn)。”2. “室外金屬立桿攝像機(jī)需不需要與立桿絕緣？不需要，且必須進(jìn)行可靠的等電位連接。當(dāng)金屬立桿遭受直接雷擊或泄放雷電流時會在金屬 立桿周圍產(chǎn)生一磁場，這一磁場達(dá)到一定強(qiáng)度時會對附近的電子設(shè)備放電；而攝像機(jī)外殼與 金屬立桿連接后不存在電位差；紅外攝像機(jī)更安全?！狈览讖S家要求安防工程設(shè)計(jì)時，考慮防止直擊雷的接閃問題、電力系統(tǒng)的防雷問題，要求安 防系統(tǒng)所有市電接口，通信接口，視頻接口，直流電源接口等等，凡是有“口的地方”都要加防雷器，都要做好接大地；防雷投入是近幾年安防工程設(shè)計(jì)者很傷腦筋的問題。不少“只懂弱電的安防人”誠實(shí)地按

5、照這類防雷廠家的“指導(dǎo)”，設(shè)計(jì)了安防系統(tǒng)的防雷工程：到處接大地，處處安避雷器。“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，一個這樣布滿防雷器的安防工程系統(tǒng)，干擾卻十分嚴(yán)重，用抗干擾器也很難解決問題；但有時把防雷器拆了，不用抗干擾器干擾也沒有了；有的抗干擾器暫時能夠抗掉了干擾，后來卻又出現(xiàn)了干擾，甚至發(fā)生成批燒毀抗干擾器，燒毀了避雷器的問題；打雷照樣燒毀設(shè)備，不打雷也燒毀設(shè)備，問題到底出在哪里？筆者認(rèn)為，這第二類防雷廠家的意見，沒有一點(diǎn)弱電系統(tǒng)概念和觀念，沒有區(qū)域大系統(tǒng)電磁兼容觀念和意識，對遠(yuǎn)離主機(jī)的前端紅外攝像機(jī)設(shè)備照搬了建筑物等電位連接的教條，把監(jiān)控系統(tǒng)的安全置于死地。本文就針對這類問題做些分析，提供一些

6、工程參考意見，以求引起安防行業(yè)的朋友注意和思考?！颈O(jiān)控系統(tǒng)如何考慮防雷】筆者的觀點(diǎn)是：1) 全面防雷不是安防工程應(yīng)該考慮的問題。有些防雷的文章，讓安防工程全面考慮接閃，防靜電和防雷電電磁感應(yīng)問題，弄得安防弱電工程商頭都大了，無所適從，只好把防雷任務(wù)交給“防雷專業(yè)廠家”設(shè)計(jì)。安防工程屬于弱電工程，屬于建筑物建設(shè)項(xiàng)目完工后的工程。建筑物的區(qū)域防雷和避雷， 建筑物電力系統(tǒng)的防雷和避雷， 都是建筑物統(tǒng)一設(shè)計(jì)施工的，都有安全標(biāo)準(zhǔn)和完工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。入住的人員，常用設(shè)備，都應(yīng)該在它們的有效保護(hù)之下安全 運(yùn)行，包括在它們有效保護(hù)范圍之內(nèi)的安防系統(tǒng)的安全運(yùn)行。所以建筑物避雷接閃問題和電 力電源取電中的雷電感應(yīng)浪涌

7、問題，都應(yīng)視為已達(dá)到并符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求。這就是常用家電 都不用加裝防避雷設(shè)施的原因和慣例；2) 安防工程設(shè)計(jì)時，應(yīng)該考察甲方建筑物和供電系統(tǒng)的防雷避雷系統(tǒng)的驗(yàn)收報(bào)告，了 解有效防護(hù)范圍，明確這些防雷責(zé)任在甲方；3) 靜電感應(yīng)帶電云層對地面的靜電感應(yīng)會在局部地面形成與云層帶電相反的電荷 積累，從而引起地電位的劇烈變化，這一現(xiàn)象是靠避雷針有效放電的“中和反應(yīng)”來消除并 確保安全的。多數(shù)情況下避雷針有效放電的“中和反應(yīng)”是隨著帶點(diǎn)云層的靠近，實(shí)時、逐 步進(jìn)行的，這就避免異性電荷的大量積累，避免閃電現(xiàn)象的發(fā)生，是在不知不覺中“避雷” 的。上面引述的“防雷專家”意見，要求把紅外攝像機(jī)殼“等電位”接大地，

8、說“攝像機(jī)外 殼與金屬立桿連接后，不存在電位差；攝像機(jī)更安全”；這就是說，有帶電云層對地面靜電 感應(yīng)時，也要把攝像機(jī)作為“大電流放電”通道。這等于說雷雨天氣，把自己腳腕上綁一根 導(dǎo)線接大地，讓帶電云層通過人體，以低電阻、大電流對地放電。這不是防雷，是引雷，讓 大電流融化攝像機(jī)。還有，安防工程是一個涉及區(qū)域廣大的電氣連接系統(tǒng)，這A 點(diǎn)發(fā)生了靜電感應(yīng)，紅外攝像機(jī)與接地立桿是“等電位”了，但是遠(yuǎn)處沒有發(fā)生靜電感應(yīng)區(qū)域 B 的接大 地的攝像機(jī)或主機(jī)，二者之間卻制造了“不等電位的環(huán)路連接”這就是上面說的“沒有 區(qū)域大系統(tǒng)電磁兼容觀念和意識”造成的錯誤；4) 雷電電磁感應(yīng)指的是雷電電磁波對導(dǎo)線的電磁感應(yīng)。

9、暴露在外部空間的導(dǎo)線電 力線、監(jiān)控傳輸線，金屬立柱，金屬支架等等，都可以“接收到” 雷電電磁波的感應(yīng)電流 或電動勢。雷電電磁波脈沖是毫微秒級的“高壓短脈沖”，它的頻譜，可以擴(kuò)展到幾十到幾 百兆赫以上。這么高的頻譜，接地線也都失去了常規(guī)的“接地”意義。一根幾米幾十米長的接地線，此時也變成了“接收天線”，對高頻來說，它們增大了“天線有效接收面積”，可以使系統(tǒng)接收的電磁脈沖能量更大，更高。對于這種雷電電磁感應(yīng)，傳統(tǒng)的避雷針系統(tǒng)是無 能為力的。所以，這才是弱電系統(tǒng)、安防工程必須考慮的現(xiàn)實(shí)問題；5）對于室外、超出已有防避雷系統(tǒng)有效保護(hù)范圍的一些監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)該考慮設(shè)獨(dú)立“避雷 針”，使這些點(diǎn)位的攝像機(jī)等安防器

10、材在“避雷針”有效保護(hù)之下安全運(yùn)行。實(shí)在要把攝像 機(jī)系統(tǒng)支架安裝在避雷針立柱或塔架上時，必須做好攝像機(jī)機(jī)殼，視頻線BNC頭，電源線,控制線等與避雷針接地立柱的絕緣，要高強(qiáng)度的絕緣. 這應(yīng)該是上面引用的“第一類觀點(diǎn)”所說：“為防止電磁感應(yīng)，沿電線桿引上的攝像機(jī)電源線和信號線應(yīng)穿在金屬管內(nèi)以達(dá)到屏 蔽作用，屏蔽金屬管的兩端均應(yīng)接地”的正確理解屏蔽線纜、與大地絕緣。而“第二類 觀點(diǎn)”錯誤的把它們接在一起接大地；6）安防系統(tǒng)的防雷是為了保護(hù)安防系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這應(yīng)該是第一原則。前面引述的 所謂前端“等電位連接”接大地的意見，其實(shí)踐結(jié)果是引雷，是制造地環(huán)路，制造安防系統(tǒng) 的安全隱患（后面有進(jìn)一步分析）。

11、7）防雷廠家的產(chǎn)品，包括某些“ X 合一防雷器”廠家，都沒有公開明確自己產(chǎn)品的接地關(guān)系，有的就是把視頻防雷器的接大地點(diǎn)與視頻信號地（攝像機(jī)殼、BNC外殼、電纜屏蔽層）短路。如果不考慮地環(huán)路問題，這種防雷器連接方式還不如就拉根接地導(dǎo)線更簡單，更 方便，更便宜！我國的防雷源于強(qiáng)電系統(tǒng)，但防雷進(jìn)入安防行業(yè)就應(yīng)研究安防行業(yè)的特點(diǎn)和實(shí)際情況，那些“有口就接大地”的做法，只能是“專業(yè)的外行做法”。把建筑物防雷采用的“等電位體”概念，錯誤的用到“安防系統(tǒng)”，天真的設(shè)想出一種“區(qū)域系統(tǒng)等電位體”，這不僅是異想天開的錯誤，更是系統(tǒng)安全的殺手；下面來分析這個問題。 【什么是地環(huán)路】1) 地面不同點(diǎn)的電位是不相等的

12、，簡單說來，這是與電網(wǎng)系統(tǒng)用電平衡狀態(tài)，接地點(diǎn) 方式和位置，零線和地線的關(guān)系(開路或短路)，大功率用電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、接電方式和接 地方式，線纜長度和類型等等因素都有關(guān)系。由于導(dǎo)線存在電阻，地電位相等是相對的，電 位波動和不相等是絕對的。當(dāng)三相電網(wǎng)發(fā)生不平衡故障時會引起地電位劇烈變化，局部地電 位可以瞬間升高幾十到幾百伏，直到故障排除。對于工程應(yīng)用，我們只需知道“不同點(diǎn)的地 電位是不同的，波動的”，這是客觀現(xiàn)實(shí)。2) 室外攝像機(jī) A, 安裝在戶外一個金屬立柱上， 監(jiān)控室主機(jī)系統(tǒng)設(shè)備機(jī)殼做了安全接大地，視頻線把攝像機(jī)和主機(jī)用BNC聯(lián)系起來.這時，就會形成“攝像機(jī)一一視頻線一一主機(jī)地面攝像機(jī)”的電氣

13、連接回路，這就是地環(huán)路的概念。假如A 點(diǎn)地電位，相對于主機(jī)點(diǎn)的大地有10VAC電位差，這個電壓就加在了視頻電纜的屏蔽層兩端了，于是在攝像機(jī)和 主機(jī)之間的視頻信號地線上，就可以等效出一個“干擾電壓信號源和一個地電阻”，這個電 壓可以通過視頻傳輸電路兩端的匹配電阻與芯線構(gòu)成環(huán)路，在75 歐姆負(fù)載上產(chǎn)生“干擾信號”，這就是常見的“地環(huán)路干擾”。如下面原理圖所示。/|多點(diǎn)扌畠丸地工惟示意禹：L主機(jī)做了安全茯尢地：2.室外攝像*Uiit全屬支架與遮雷針挾塔連接G GAXIN 二心砂嘉t卜:hp1 III弐 < <1地電!沏強(qiáng)f擾陰斛址電住J(Vdi主柑“用代上和貳干33地環(huán)路干擾原理3) 一

14、個監(jiān)控系統(tǒng)如果有多個攝像機(jī)安裝在金屬立柱、金屬塔架上，這些攝像機(jī)就都接了 大地，系統(tǒng)就會形成許多復(fù)雜的“地環(huán)路”。如果說安防工程商這種接大地是“無意的”接 大地，那么上面引述的防雷廠家“第二類觀點(diǎn)”一一前端“等電位連接”，就是一種人工制 造“地環(huán)路”的典型例子。4) 攝像機(jī)，傳輸設(shè)備，數(shù)據(jù)通信設(shè)備等，本身已經(jīng)具有防雷電電磁感應(yīng)功能的，就不需 要再加防雷器了。沒有防雷電電磁感應(yīng)功能的設(shè)備，可以選用合格的防雷器解決。值得注意 的是：自帶防雷電電磁感應(yīng)功能的設(shè)備，如果能緊密結(jié)合實(shí)際電路設(shè)計(jì)，其有效性要優(yōu)于通 用防雷器性能。這里我們不做進(jìn)一步探討。本文“從防雷接地談監(jiān)控系統(tǒng)的接地”的結(jié)論很 簡單，這就

15、是安防系統(tǒng)“單點(diǎn)接地”原則。典型的地環(huán)路“干擾”照片【地環(huán)路是安防系統(tǒng)最大的安全隱患】由于存在“地環(huán)路”，當(dāng)?shù)仉娢徊钶^低時，可能表現(xiàn)為對圖像的“干擾”。模擬實(shí)驗(yàn)表明，在視頻75歐姆負(fù)載上，干擾信號低于20毫伏左右時，一般感覺“沒有干擾”，大于 20毫伏就可以看到干擾，幅度越大，畫面的干擾越明顯；500 1000毫伏以上時，圖像不穩(wěn)，扭曲，甚至DVR顯示器“感覺無視頻信號”了?！暗丨h(huán)路”干擾不屬于常規(guī)意義上的“無線” 電磁干擾，它是典型的把地電位人為引入弱電系統(tǒng)的錯誤設(shè)計(jì)和施工引起的“假干擾”。多 數(shù)抗干擾器對抑制這種“干擾”有一定效果，但是這種“抑制”，實(shí)際只是“掩蓋”，并沒 有消除安全隱患。

16、當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不平衡故障時，這個“地電位差和干擾”就會突變到幾十伏，幾百伏或更大，加 在視頻電纜兩端的攝像機(jī)輸岀電路和主機(jī)的輸入電路上，設(shè)備可以在瞬間被燒毀，被擊穿， 造成永久性損壞。據(jù)了解，安防系統(tǒng)很多所謂“被雷擊壞了”案例，實(shí)際上多數(shù)是這類地環(huán) 路問題造成的。地環(huán)路是安防工程重要的“系統(tǒng)殺手”，抗干擾器也難逃厄運(yùn)，曾有一個系統(tǒng) 6 套抗干擾器 同時瞬間燒毀的案例，包括無源電路的75 歐姆電阻、電位器都被燒毀。燒毀攝像機(jī)，燒毀采集卡的工程案例每年都屢見不鮮。值得注意的是：和雷電電磁感應(yīng) ns 級的脈沖不同，這 類地環(huán)路高壓沖擊是持續(xù)性的，直到電網(wǎng)故障排除為止。上述“紅外攝像機(jī)外殼與金屬立桿連接后

17、，不存在電位差；攝像機(jī)更安全”的做法，由于制 造了許多地環(huán)路，當(dāng)雷電襲來時，同樣制造了巨大的電位差，對監(jiān)控系統(tǒng)同樣會造成破壞。地電位差的事先考察和測量方法目前還未見報(bào)道。地電位差是不穩(wěn)定的，平時可能很小，可 能看不出有什么影響，但不要因此就麻痹大意、失去警惕。除非你能保證運(yùn)行電網(wǎng)永遠(yuǎn)不發(fā) 生故障。防雷器的實(shí)用功能也應(yīng)該是防雷電電磁感應(yīng)，指閃電電磁波對線纜的電磁感應(yīng)脈沖也能防 范。但是如果你買的防雷器對于視頻信號地和接大地點(diǎn)是短路的，那可要小心了，因?yàn)樗鼘?是制造監(jiān)控系統(tǒng)地環(huán)路安全隱患的元兇，這種東西是典型的“品牌假貨”?！景卜老到y(tǒng)接大地應(yīng)該怎么做】EIE 實(shí)驗(yàn)室的模擬實(shí)驗(yàn)和幾年來工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)， 對安防工程設(shè)計(jì)施工中的接地提出如下建議：