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    解析安防設備在日常應用中的防雷電秘訣

    www.adokiye.com  2020-1-25 12:34:05  河北德實科技有限公司

     第1頁:安防系統復雜,需量體裁衣

      雷電是發生在大氣層中的聲、光、電物理現象,對于雷電形成有多種解釋,通常認為是由于熱空氣上升、冷空氣下降過程中的熱交換產生帶有正負電荷的小水滴積聚形成積雨云,在積雨云的形成過程中,在大氣電場以及溫差起電效應、破碎起電效應的同時作用下,正負電荷分別在云的不同部位積聚。當電荷積聚到一定程度,就會在云與云或云與地間發生放電,也就是“閃電”。雷擊時,釋放的瞬間脈沖電流將產生巨大的熱能、機械能,并誘發脈沖過電壓、過電流,造成建筑物倒塌、起火、人員傷亡、通信中斷、系統癱瘓等嚴重后果。鑒于雷電的強大破壞性,以及對人們生產和生活帶來的極大影響,幾個世紀以來,人們從未停止過對雷電破壞性和如何防雷的研究,并發明了避雷針、避雷帶等避雷設施,雖在一定程度上防止和減少了雷電的傷害,但還是經常會發生因雷電而引起使電氣設備的損壞。安防行業中的前端攝像機、周界圍欄設備等室內外設備等便是首當其沖被破壞的對象。

      安防(弱電)系統其低電壓和小電流工作特性,無可避免存在抗擾度及耐過電壓、過電流能力差的弱點。有研究報告指出,當雷電活動時,磁感應強度達到0.07GS時,計算機即誤動作;當磁感應強度超過2.4GS時,設備便永久性損壞。

      安防系統復雜,需量體裁衣

      安防行業防雷有其特殊性

      現代防雷工程是系統工程,包括建筑物直擊雷防雷和電器設備浪涌防護兩大部分。而工程設計強調全方位防護、綜合治理、層層設防。雷擊發生時,雷擊放電誘發雷擊電磁脈沖過電壓和過電流,可經電源系統、信號傳輸、接地系統,及建筑物直接雷防護系統通過傳導、感應的方式損壞弱電設備。

      安防防雷是以安防各個子系統正常、穩定運行,免受直擊雷、雷電電磁脈沖干擾為主要目的,針對各安防系統應用環境提供相應防雷產品及解決方案。由于安防系統包括了入侵報警系統、視頻安防監控系統、樓宇對講系統和門禁等系統,每個系統涉及的設備眾多,所以安防行業的防雷更為復雜和特殊。深圳市天盾雷電技術有限公司副總經理吳陽總結了安防行業防雷的特殊性:安防防雷需要考慮視頻監控、報警等各個子系統,每個系統面臨設備種類多、布點分散,且一些設備被安裝在室外等特點;系統信號傳輸具有同軸電纜、光纜、無線等多種傳輸方式;設備取電復雜,通常有就近取電、集中供電等方式,電壓有交流電和直流電,12V,24V,220V等電壓等級。這些客觀環境因素給防雷提出了很高要求。

      總之,相對于傳統行業的防雷而言,安防行業防雷系統具備防護信號種類多,要求防雷精度高,獨立防雷區數量多,系統防雷方案復雜等特點。

      關于安防防雷的標準缺失

      深圳天盾雷電的吳陽表述,目前國內不同行業對防雷有不同要求,通信、鐵路、電力等行業對防雷要求很高,甚至對進入本行業的產品需進行符合性認定的要求。但防雷產品在安防行業的應用中沒有明確的行業標準。杭州?低(002415,股吧)數字技術股份有限公司產品經理田振華也表示:“目前整個安防行業在開發產品、設計方案時都會加入防雷設計,但還沒有統一的行業標準。在安防工程中,防雷系統也并非硬性要求,只有檢驗要求,企業加裝防雷晶片或者防雷板主要是為了滿足客戶的需求。盡管沒有統一的防雷安防產品標準,但企業在這方面的做法基本上一致。”而在實際應用中,各防雷工程商與防雷產品制造企業針對安防監控工程實際應用過程中的特點,大多選用相關行業標準作為安防工程防雷標準的指導文件,通常參考GB50348-2004《安全防范工程設計規范》、GB50343-2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》等。

      此外,上海聯電實業有限公司副總經理凌杰認為,除了上述的參考標準外,針對安防行業的防雷標準有GA/T 670-2006《安全防范系統雷電浪涌防護技術要求》,該標準對前端設備、電源線路、信號線路等的雷電浪涌防護都提出了具體的要求。

      第2頁:防雷的分類保護

      “魔”高一尺,需“道”高一丈

      安防防雷和建筑物防雷相結合

      安防弱電防雷主要是針對室內安防設備運行時出現的浪涌進行防護,特點是其相對于強電防雷保護其是低電壓小電流,其要求在滿足防雷需求的同時還要能充分滿足安防系統信號/供電的傳輸性能和要求,即既要能保障當發生感應雷浪涌時能瞬間切斷安防系統信號/供電線纜的正常通路并同時接通接地裝置,以直通方式經接地裝置向大地釋放巨大的感應電流,使避免強大的感應雷浪涌電流經安防線纜侵襲及損壞到安防設備。但是當無浪涌系統正常運行時,該防雷器要不能影響到信號的正常傳輸,使信號無變形或衰減,就像沒有接入該防雷器一樣。

      而強電同樣也是防感應雷,其是為了可將雷擊時的瞬間高壓感應電流(也是浪涌電流)減小到較為安全的電壓,即將瞬間產生的高壓感應大電流向接地裝置泄流。一般建筑上強電防雷分為多級保護,可謂層層設防,將強電輸電系統產生的超大感應電流/電壓層層減弱,一般第一級在建筑變電站處、第二級每幢樓處、第三級每幢樓層面處,而針對安防系統在機房還要設一級,到機房級其實電壓已很低,浪涌電流也較小了,但對于安防(弱電)設備或還是高電壓大電流,所以仍需要再設一級保護。

      上海聯電的凌杰介紹:“目前安防產品主要是針對弱電防雷設計,產品在做檢測報告時也只是一個抗電壓干擾的檢測、檢驗,要抗直接雷雷擊基本上是不可能的,所以在整個安防系統中需要考慮到強電防雷。”杭州?低暤奶镎袢A肯定了這一說法:“安防行業的防雷需要多重防護相結合。由于安防弱電防雷只是輔助性防雷,解決不了直擊防雷。所以安防防雷需要與建筑物防雷相結合,因為雷擊的一瞬間產生的高壓可以燒壞安防線纜和安防前端設備。”

      前端、傳輸端、后端分類防護

      安防系統包括前端信息采集設備、傳輸線路與后端存儲和監控中心,對各個部分的雷電浪涌防護也要區別對待。

      1、前端設備防護

      前端設備主要分為室內、室外兩種,室外設備如果遠離建筑,不在建筑物直接雷保護裝置的有效保護范圍內的,則要考慮安裝直擊雷防護裝置;對于已經處于接閃器(避雷針或其它接閃導體)或高層建筑原有接閃系統保護范圍之內的前端設備,一般不再另行考慮直擊雷防護。如室外攝像機,在建筑接閃器有效保護范圍之內,為防止雷電感應,沿電線桿引上的攝像機電源線和信號線除應穿在接地的鋼管內以達到屏蔽作用外,為防止雷電感應電流沿線路侵入前端設備,則在設備前的每條線路上都應加裝相應的避雷器,并該避雷器要接大地,并確保接地質量,否則避雷器等于沒裝。

      值得注意的是,室外孤立的立桿攝像機防直擊雷應設置獨立避雷針,但立桿攝像機應被置于獨立避雷針的有效防護范圍內,并獨立避雷針與立桿攝像機的距離盡可能地遠(保證有效防護前提下)應避免避雷針引下線上強大的泄放雷電流的感應磁場對攝像機線纜的影響,另外攝像機立桿及安裝支架最好是鋼制的(既有抗風的鋼性,又導電性能和屏蔽性好),并也要做非常良好的接地(接地電阻要達到防雷要求);室內前端設備需做好雷電感應浪涌防護,視頻監控系統通過常規的三合一(視頻+控制+供電)、二合一(視頻+供電)防雷產品,對前端設備如攝像機的電源、視頻、云臺控制等進行防護。

      第3頁:外置防雷器優于內置防雷器

      2、傳輸防護

      主要包括傳輸信號線和電源線防護。傳輸線路應強力建議采用直埋敷設方式,不建議采用架空方式,因為架空線最容易遭受雷擊。如非架空不可,為避免首尾端設備損壞,架空線纜自身要做強化處理,譬如采用高質量的屏蔽線纜,增加屏蔽銅網的密度,屏蔽銅網做好接地處理;并盡量讓架空線沿建筑物走,但要遠離接閃導體的引下扁鋼,傳輸時應在每一電桿上做接地處理,架空線纜的吊線和架空線纜路中的金屬管道均應接地,中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。

      3、后端存儲與監控中心設備防護

      從直擊雷防護來說,監控中心所在建筑物應有防直擊雷的避雷針、避雷帶或避雷網。從感應雷電防護來說,進入監控中心的各種金屬管線應接到防感應雷的接地裝置上。架空電纜線直接引入時,在入戶處應加裝避雷器,并將線纜金屬外護層及自承鋼索接到接地裝置上。監控中心應設置等電位連接箱,并用銅排引出,最好環繞監控中心墻面走一圈(在抗靜電地板下),并將防雷器接地端、PE線、設備保護地、防靜電地、金屬管槽等都連接到等電位銅排上,以防止危險的電位差。各種電涌保護器(避雷器)等的接地線應采用銅質線,并以最短及盡可能粗的線徑與等電位銅排進行電氣連接。

      外置防雷器優于內置防雷器

      外置防雷器指的是安裝在供電線路及信號線路上的SPD,內置防雷器是指集成在設備內部的防雷元器件或防雷模塊,目前內置防雷器成熟的產品比較少,一般是在線路板上加裝防雷元器件比如放電管、TVS等。據深圳天盾雷電的吳陽介紹,目前安防系統中,防雷器90%以上都是采用外置。雖然外置防雷器成本高于內置防雷器,但整體來說外置防雷器更受工程商青睞。

      外置防雷器通常由專業的防雷廠家進行設計、生產和銷售,具有防雷效果好、更換方便等優勢,內置防雷器通常由安防設備廠商設計、生產和銷售,具有成本低的優勢,但內置防雷模塊一旦損壞即需要對安防設備進行整機維修或更換,很難為用戶接受。深圳天盾雷電的吳陽預測,未來外置防雷器仍將會是主流。

      內置式防雷器或稱內置式防浪涌模塊。據上海聯電的凌杰分析,內置式防浪涌模塊相對應的是產品測試標準為IEC61000,其所防的浪涌范圍更廣,但是能量普遍不高,標準中較大的浪涌也只達到了類似4kV/2kA (1.2/50us、8/20us組合波)。相對防雷的標準來說,能量遠遠不足。外置式防雷模塊所參照的測試標準為IEC61643-11(GB18802.1)及IEC61643-21(GB18802.21),應用的標準防雷要求一般要達到5kA(8/20us)以上,遠遠大于內置式防浪涌模塊的測試要求。浪涌模塊在啟動保護時,需要泄放一定的電流,所以會產生一定的二次感應,外置式防雷模塊要比內置式防浪涌模塊能更好地規避二次感應。因此在實際工程設計中,即使安防設備已有內置式防雷器,仍需外置式防雷模塊進行再保護。

      結語

      安防系統的防雷是一個龐大復雜的系統工程,在設計過程中,需要從直擊雷防護、等電位連接、合理布線、安裝SPD等諸多方面考慮完整的解決方案,忽視其中的任何一個環節都有可能給整個工程帶來嚴重的安全隱患;谀壳袄纂姺雷o技術水平的現狀,還不能從根本上杜絕雷電或浪涌對安防系統的破壞;加上電子科技的發展,電子產品精細化設計,對防雷產品的反應時間、電流泄放能力、耐壓強度等各方面均提出了更高的要求。做好安防系統的防雷不可能“一言以蔽之”。如何為安防系統提供更有效、更完善的防雷解決方案,或許將是眾多防雷廠家努力的方向。

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