随着社会的不断发展，人民生活水平的不断提高，视频监控系统在社会生活中发挥的作用越来越重要。显然，在维护社会公共安全的同时，视频监控系统自身的安全性也变成一个重要的课题。

    在众多造成过电压的原因中，雷电比较典型，这不但是由于它的不确定性和无预测性，还由于视频监控系统的特殊性质。监控系统通常分为前端部分也就是视频采集部分、信号传输部分和后端控制与存储显示部分，而后端部分通常在建筑物内部，由于建筑物本身具有防雷保护，所以后端设备遭受雷害的概率不大，而前端部分和信号传输部分一般安装在室外，甚至野外，这些设备遭受雷害的概率就相当大了。显然，一旦前端部分和信号传输部分被雷电破坏，整个视频监控系统就会失去作用，后果不堪设想。如果前端设备分布较分散，用户的维护成本也将急剧上升，而造成不必要的开支。

    鉴于此，视频监控系统中前端设备的防雷才显得尤为重要。设备防雷做的好，不但使工程质量上一个档次，更重要的是，也切实为用户最大限度地节省了维护成本，也使监控系统发挥了应有的作用，可谓一举三得。

    因此，本文对视频监控系统中前端设备的防雷做一个初步的探讨，供读者参考。

雷害的种类
    在探讨设备防雷之前，有必要了解雷害的种类，这样才能有的放矢，从而采取有针对性的措施更好地对前端设备进行防雷保护。

直击雷
    直击雷是指雷电直接击中物体或人员，造成物体损坏或者人员伤亡。首先要明确的是，雷电所造成危害的根本不在于高电压，而在于击中对象时，通过对象的大电流。联系现实生活，不少建筑围墙上都会有电子围栏，这些电子围栏的电压非常高，但是一旦人触及，流过人体的电流却非常小，会使人产生不适感，但却不会对人造成实质的伤害。电的一个重要的特点就是分流，流过物体的电流大小和其阻抗大小成反比，也就是说电流的大部分都会通过阻抗较小的路径。这个特点决定了直击雷的放电路径，也就是雷电直击的点（如图1所示）。

    图1描述的情况，形象地反应出上述特征。因为雷云和甲之间的距离A小于雷云和乙之间的距离B，所以对雷云来说，和甲之间的阻值显然小于和乙之间的阻值，雷电会击穿甲处湿润的空气，优先在甲处放电。由于人员甲与大地构成了电流回路，使极大的电流通过甲，造成甲的伤亡，而乙却不会被雷击，当然这是个很极端的例子。当时如果大地上还有个高度明显高于甲的建筑物，雷电会优先击穿建筑物上空的空气，在建筑物上放电而对甲乙两人都起到保护作用，这就是避雷针的原理。这个例子其实也说明了，为什么在空旷的空地上，雷雨天气是非常危险的，由于周围没有比人高的物体，那么人体离雷云的距离小于地面离雷云的距离，雷云放电会优先从人体经过，人因此遭到雷击。话说回来，如果人体周围有更高的物体，那么那个物体受到雷击的概率就大于人了。总而言之，直击雷造成的危害是由于雷击时流过对象的大电流，而非雷云的大电压。回到监控系统，直击雷可能直接击中露天旷野中的摄像机，也可能击中架空的传输线缆，放电时造成的大电流会直接造成设备毁坏，通常这种损坏是十分严重的。[nextpage]

雷电感应
    雷电感应其实又分为两种，其一是电磁感应，当直击雷流过物体放电时，雷击通道周围会出现相当大的瞬变电磁场，处在电磁场中的监控设备和传输线缆都会感应出较大的电动势，造成设备损坏。其二就是静电感应，当有带电的雷云出现时，雷云下面的建筑物和线缆就会感应出大量和雷云极性相反的束缚电荷，这种束缚电荷在低压架空线路上可达100KV的静电电位，在信号线路上可达60KV的静电电位，一旦雷云放电后，束缚电荷失去束缚而迅速扩散，就会引起感应雷击。

    电磁感应和静电感应引起的雷击就是通常所说的感应雷击，也叫二次雷击，虽然其对设备不会造成猛烈的损害，但是发生的概率要大的多。尤其以传输线缆的感应雷击为甚，一旦雷云放电，传输线缆上累积的大量感应电荷就会对线缆两端的设备造成很大的冲击，使设备损坏。感应雷对监控系统的危害要占到所有雷害的八成以上，所以，感应雷防护将是前端防雷工作的重点。

地电位反击
    当直击雷防护装置把强大的雷电流引导入大地时，其引下线，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、人体或者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。雨天，空旷的原野上，人最好不要站在大树下面就是这个道理，树比人高，会优先引雷，但是，树在引导雷电流倾泻入大地时，本身产生瞬间高电位，会对站在树边的人体产生地电位反击，造成人的触电。在监控系统中，需要注意的就是在直击雷引下线和接地体附近不要安装仪器设备，以防地电位反击。

如何做前端设备的防雷
    了解了雷害的种类和原理后，就可以采取针对性的措施来保护前端设备。

直击雷防护
    上文在讲述直击雷造成伤害的原理时，其实已经提到了如何防护直击雷，简单的说，就是用比较高的物体优先引导雷云放电，从而保护周围的设备。防护直击雷的设备都很熟悉，就是接闪器，最常见的接闪器是避雷针。避雷针确切的说是引雷针，它把雷电引到自身而避免雷电流流过需要保护的设备，从而实现保护。监控前端设备，比如摄像机，尤其是野外置于立杆顶部的摄像机，都应该置于接闪器保护范围之内，对于已经处于其它接闪器或建筑物接闪器的保护范围之内的摄像机，可以不用另加接闪器，但对于未处于其它接闪器保护范围之内的前端设备，均应考虑安装接闪器即避雷针。一般来说，对于前端设备，不会另外设置独立的避雷针，而是把避雷针做在摄像机的立杆之上，引下线可以用直径8cm的圆钢，也可以利用立杆本身，避雷针的防护原理如图2。

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    由图2可以看出，如果立杆上安装了避雷针，雷电就会直接通过避雷针流过立杆倾泻入大地，而不会通过摄像机，显然，电流会走阻抗较小的路径，如果避雷针加立杆的接地电阻足够的小，那么电流的绝大多数都将流过避雷针和立杆，而只有极小的部分会流过摄像机，如果摄像机加立杆的阻抗远大于避雷针加立杆的阻抗，那么流过摄像机的电流就可以忽略不计（图3是实际施工中的照片）。

    需要注意的是，沿杆子引上的视频线和电源线要穿金属管敷设，金属管应可靠接地，这主要是为了防止立杆引导雷电流时对设备的视频造成电磁干扰。而对于传输部分来说，传输线缆尽可能的不要架空敷设，最好是穿金属管埋地敷设，金属管两端要可靠接地。

感应雷防护
    感应雷发生的概率最大，所以也是防雷工作中的重点。前文说过，感应雷主要是由于雷云在传输线路上感应出大量静电电荷，一旦雷云放电，感应电荷失去束缚，沿着传输线路向两边传递，便会造成传输线路两端设备的损坏。

    在实际工程中，对感应雷的防护主要借助电源视频数据三合一防雷器来完成。对于一个可控前端比如一体化快球来说，球机里会引出3种线缆，分别是电源线，视频线和控制线。如果球机安装在室外，那么这3种线缆上都有可能成为感应雷的发生源头，这3种线缆的另一段一般就是球机立杆附近地面箱中的光端机，所以一旦出现感应雷，线缆两端的设备即球机和光端机都有可能损坏。

    在探讨这个问题之前，先以视频防雷器为例了解一下防雷器的工作原理。视频信号的防雷概念比较简单，但是由于实际操作中的疏忽，不但不能起到防雷的效果，还会导致防雷器本身的损坏。目前市场上大部分的信号防雷器分为两级：第一级是粗保护，一般采用气体放电管作为保护器件；第二级是细保护，一般采用TVS二极管作为保护器件（如图4）。

    既然分前后两级，那么防雷器必然分进出端，TVS的流通能力非常有限，一旦把防雷器前后级接反，如果浪涌电压过来，TVS二极管极易被击穿，造成防雷器的损坏。对于信号和电源防雷器是同样的道理，有一点非常重要，防雷器如非特殊说明，一定是分进出端口的，进口一般标示“IN”，而出口一般标示“OUT”，IN 端也叫浪涌端或远端，OUT端也叫保护端或近端。顾名思义，IN端一定用来接容易引入雷电过电压的那一端，而OUT端则接需要保护的设备一端。简而言之，需要保护哪端，OUT端就接哪端。[nextpage]

    目前单独的信号、视频或者电源的防雷器并不多见，生产厂商为了简化设备种类和方便实际使用，制造的多是视频控制电源三合一的防雷器（如图5所示，请注意设备两端的IN和OUT标识）。

    如果监控前端是由一个一体化球机和一个光端机的发射机构成，那么如何正确的做防雷才能实现最好的防护效果呢（如图6所示）？

    图6为正确使用三合一防雷器的示意图。在线路中一共使用了2个三合一防雷器，2个防雷器的OUT端口分别接向球机和光端机，而IN端则接向两者之间的线路。在这个系统中，球机和光端机之间的线缆无疑在雷电发生时将成为感应电荷积累的场所，一旦雷云放电，这些电荷必将脱离雷云的束缚向电缆2端迅速倾泻，如果没有防雷器，球机和光端机都将受到损坏。如今使用了2个防雷器，并正确安装，就有效地保护了线缆2端的设备。

    在不少现场，在球机和光端机之间只安装了一个防雷器，如果这样安装，一旦打雷，必然有一端的设备会很容易受到感应雷的冲击，这点应引起重视。还有一点要特别注意，防雷器的接地端一定要就近可靠接地，接地电阻不应大于4欧姆。

    上述防雷做法在实际操作中还有一些细节问题值得注意：首先，防雷器的OUT端口应该离被保护的设备多远？一般说来，防雷器要尽量靠近被保护设备，被保护设备至防雷器的连接线缆不得大于10米，如果超过10米，应酌情考虑增加避雷器；然后，防雷器的接地线的长度问题。防雷器的接地线应就近和接地体可靠连接，接地线长度尽量不超过0.5米，使接地电阻尽可能降到最小。

    最后需要特别强调的是，防雷工作的最终效果取决于接地。无论是防直击雷的避雷针还是防感应雷的三合一防雷器，防雷设备的接地一定要可靠，同时接地电阻小于4欧姆。防雷的根本在于雷电发生时，防雷设备把雷电流迅速导向大地，如果不接地或者接地电阻过大，防雷效果将大打折扣，甚至完全不起作用。

结语
    工程中的防雷问题具有相当的复杂性和综合性，本文仅对雷害产生的原理和视频监控系统中前端设备防雷工作的具体做法提出了一些有限的看法和经验，希望能对读者在工程实践中的具体操作提供有益的帮助和借鉴。同时抛砖引玉，期待行业内的朋友们能提出和推广更加合理、完善的防雷方案，以更好地解决工程中的雷电防护问题，为社会公共安全防范事业贡献力量。（本文作者：郑寅晖现任职于深圳英飞拓科技股份有限公司）