光端机与安防视频监控摄像机防雷技术集结

随着安防行业的迅猛发展,防雷行业参与安防监控系统防雷设计的机会越来越多。安防视频监控系统越来越明显地朝着集成化的方向发展,于是前端摄像机逐渐在被各种技术、功能模块充实。目前前置的防雷器尽管没有表现出比外接防雷设计更好的防雷效果,但是集成化趋势必然让防雷摄像机成为未来监控摄像机市场的一颗新星。

光端机防雷技术

数据光端机特别是作为前端设备的发射机通常安装于室外的设备箱中,现场环境相当恶劣,防雷就显得异常重要,防雷措施的优劣直接决定了数据光端机发生故障的几率。

雷电的破坏方式主要分为直击雷、感应雷和地电位反击三种形式,对数据光端机而言影响最严重的主要是地电位反击。

所谓地电位反击是当避雷针等接闪器将直击雷强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地时,在引下线,接地体以及与其相连的金属物体上会产生相当高的瞬间电压,这个高电压会对离他们很近但是又没有直接接触的金属物体、线缆等电子设备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。

光端机与安防视频监控摄像机防雷技术集结

地电位反击是通过以下形式对数据光端机造成损坏的:当雷电流泄入大地时,接地网的地电位会在数微秒之内被抬高到数万或数十万伏。

高度破坏性的雷电流将从各种设备的接地部分流向这些设备,或者通过击穿大地绝缘而流向其它附近设备,最终造成设备的破坏或损害,损坏的部分主要有:机壳电源的PCB板上电子元器件、视频接口处芯片及其相关电子元器件、音频及数据端口处芯片。

加好防雷设备是很重要的,剩下的便是接地网的设计问题。接地桩一定要打到位,保证数据光端机良好接地,一个好的低阻抗接地网设计能够保证系统中的防雷设备发挥良好效果且能有效均衡整个传输系统内各部位电压,防止地电位差对线路中设备的干扰,同时也可有效避免地电位反击对设备的损坏。

视频监控摄像机防雷技术

监控摄像机必须连续不间断,往往是7×24小时连续工作的,不能采用建议家庭电视在雷雨天气下拔下电源和天线采用躲避防雷一样进行防雷。因此,必须在监控摄像机正常工作情况对雷电实施防护,这是其中必要性的一个方面。监控系统往往安装在人员不能轻易到达的场所,例如高速公路沿线、无人值守的野外机房等,或者虽然安装在人员容易到达,但维护不太方便的场所,例如交通要道上,因此如何降低系统故障维护率将是一个重要的考虑因素。我们可以想象两个场景来描述这个监控系统进行电涌保护的意义:一、高速公路上某个监控点无图像了,维护人员需驱车30公里进行维护;二、某交通要道监控点,在上下班的高峰期突然没有图像了,工程人员需要在十字路口架起云梯进行维护。

目前,市场上出现部分防雷型摄像机,使摄像机本身具备防雷功能,这类防雷摄像机通常是在电路板上集成GDT(气放管)或TVS(瞬态抑制二极管)等过电压器件,起到雷电浪涌抑制作用。这和专业的防雷器SPD的作用相比还是有很大缺陷。

缺陷一:雷电浪涌往往是沿着摄像机的传输线路引入,进入摄像机的线路包含电源、同轴、信号、网络等,由于线路板上的集成器件往往只针对部分线路进行防护,无法阻止雷电浪涌通过其他线路进入,从而损坏摄像机。

缺陷二:单一的器件保护不符合防雷的多级保护、逐级限压的要求,如单一TVS虽然能够极快吸收雷电浪涌能量,但自身承受能力有限(只有几百安),面对几kA、几十kA的雷电浪涌电流,自身都很容易损坏,而单一的GDT器件虽然可承受的能量高,但反应速度慢、残压高,无法做到充分保护。

缺陷三:单一的过电压器件在线路中缺乏安全保护器件配合,一旦过电压器件性能降低或损坏,却无法从线路中断开,会导致持续发热致燃烧损坏摄像机。

缺陷四:过电压器件集成在设备电路板上,一旦发生故障,就需要更换摄像机,不但非常麻烦,而且成本会大大增加。

缺陷五:组合式过电压器件受监控摄像机内部空间以及电路板设计限制,导致无法充分安装,从而无法达到理想的保护状态。而解决前端监控摄像机的防雷保护,最有效、最合理、风险最低的解决方案其实就是采用了安装组合式监控防雷器(SPD)为主的集成式解决方案,通过接闪、屏蔽、接地、分流、等电位等防雷原理来设计,从而达到对监控摄像机的全方位保护。

接闪指的是在室外较高的摄像机金属立杆上安装避雷短针,利用金属立杆本身或铜导线作为防直击雷的引下线,并且在立杆下设置一组地网,地网的接地电阻宜小于4欧姆。

屏蔽指的是将摄像机、光端机等监控主设备以及之间的传输线缆采用连接在一起的金属外壳包围起来,从而形成防雷分区的I区,通过金属的屏蔽电磁场作用降低感应雷的破坏性。

接地指的是将上述屏蔽层包括设备箱、设备外壳部分以及SPD的接地等真正连接到大地,使得雷击时能量能够通过大地泄放。

分流指的是通过安装SPD,使得本可能流经监控系统设备的雷电流流经SPD,将高于系统能承受的额外能量通过SPD泄放到大地。

等电位指的是所有系统中的设备通过SPD设计和线路连接方案设计,使得在雷击发生时都处于一个相同的高电位或者低电位。

值得注意的是现在市场上的SPD品质良莠不齐,如果选择质量无法保障的产品,不但达不到上述效果,往往还会带来传输干扰、线路短路、甚至故障燃烧等严重后果,因此建议选用大品牌且质量获得国家认证的产品,比如ASP等。

结束语

防雷是一个系统工程,脱离整个系统的防雷设计,是不完善而且不安全的,如果选用单一产品来解决,很可能出现“头痛医头,脚痛医脚”的局面。只有采用多种方式结合的全方位保护模式,才能真正起到对摄像机的保护作用。

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