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视频监控雷电防护的研究与应用

发布时间:2014年4月2日 10:33    来源:原创    作者:佚名    关注:2314
  雷电是一种自然现象。随着微电子、计算机技术的迅速发展,以集成电路为核心的各种测控、监控、网络、通讯系统等已广泛应用于现代生活的各个领域。这类设备对过电压、过电流、电磁脉冲等外来干扰极其敏感且耐受能力极低。通过对雷电的能量波谱分析可知,雷电波能量主要集中在低频段,极易与工频(50HZ)的供电线路形成耦合,造成雷电波的侵入;加之机房内的计算机设备采用了大量的微电子技术,由于微电子设备的特殊性,其速度快、精度高,但抗干扰能力差,极易毁坏。而雷电电磁脉冲是一种强电磁干扰源,以不同的途径侵入电子设备内部,轻则干扰设备的正常运行,造成数据失真;重则使电子设备局部损坏或整机报废。也因此,对微电子设备的防雷保护成了当下不可回避的研究课题。

  一、视频监控系统

  视频监控系统有视频采集、监控中心控制室和网内视频监看指挥系统三部份组成,网内指挥终端可通过网络访问监控中心的数字主机监看视频,还可以使用双向对讲进行远程指挥。

  系统示意图

  2、监控中心控制室

  视频传输到监控中心后使用接收光端机将光信号还原为视频信号,经过视频分配器后接入硬盘录像、矩阵进行视频监看,也可以输入到画面分割器使用大屏幕等离子电视监看。

  3、远程指挥中心

  包括若干个指挥终端,安装在各级监管部门,各级领导在自己的办公电脑上使用IE浏览器访问各区域数字监控主机,就可以同时对不同区域分别进行监看。指挥终端可以在局域网内,也可以在远端通过Internet或专网进行远程指挥。

  4、系统功能

  ① 可以实现各级部门联网监控,指挥终端、中心控制室以及上级领导终端可通过语音对讲对企业进行远程指挥;

  ② 领导可在家里甚至外地通过互联网进行监控。

  ③ 系统具有特定的视频效果:将一路或多路视频信号进行图像预览和录像。

  ④ 系统具有实时日期和时钟视频叠加功能:对全程视频图像进行实时日期和时钟预览和录像,保证监控过程的完整性和真实性。其日期和时钟在画面中的显示方式和显示位置可根据现场实景进行位置调整。

  ⑤ 系统具有单画面、多画面和全屏等多种显示方式,预览显示画面在多画面显示方式下,其显示位置可进行人为调整。

  ⑥ 系统具有录像效果调节功能、网络传输质量,保证其图像在局域网和广域网上都能进行网络传输。

  ⑦ 系统具有视频实时网络浏览功能,每路图像可允许多个网络客户端同时进行网络浏览。

  ⑧ 系统具有录像资料转制VCD光盘存储功能,

  ⑨ 便于资料的保存和资料审阅的便捷。

  ⑩ 系统具有对剩余硬盘空间显示和容量不足警示功能,



  二、视频监控系统遭受雷击的损失及弊端:

  设备损坏造成的直接经济损失,如:监控探头、光端机、硬盘录像储存设备、视频分配器、监控主机、画面分割器、监控显示屏等设备;

  因设备损坏导致设备、系统维修而增加的人工及维护成本;

  设备损坏或系统故障导致局部监控盲点或盲区,致使存在的安全隐患和可能出现的意外财产损失;

  系统故障影响有序生产、正常工作,致使生产和工作效率降低;

  三、雷电防护的原理

  在低压供电系统、测量和控制系统、计算机网络,有许多因素可引起过电压浪涌。下面所述的四种造成的危害最大。

  直击雷:

  如果雷电直接对有外部防雷装置的建筑物或者直接打到建筑物顶部的可以通过某种途径传输雷电流入地的装置放电(如室外天线,卫星接收装置等),使得地电位抬升,一大部分雷电流通过保护接地线进入到建筑物的装置和连接的设备。

  雷电也可能直接对电源线(低压架空线)或数据线放电,大部分高能雷电流被引入到建筑物里。




  附近的雷击:

  一是,即使建筑物本身没有遭到雷击,附近的雷电闪击也可能引起建筑物装置上的过电压。这个浪涌过电压直接或通过电感性或电容性耦合到达电子装置、设备的线路上。或者通过雷电放电通道散发出的磁场,在设备的线路上感应出过电压,建筑物内的长导线回路特别容易感应出过电压。容性耦合是通过具有高电位差的两点之间的电场产生的,例如在雷电放电通道和金属导线之间。

  附近的雷击----雷击电磁脉冲辐射

  二是,雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面,导致地电压升高,并在周围形成巨大的跨步电压。部分雷电流可能通过大地传送到接地系统从而入侵建筑物内部设备形成地电位反击。或者其它防雷装置在对地泄放防雷流时引起接地装置的电位升高,并沿接地系统入侵建筑物内部设备形成地电位反击。

  附近的雷击----地电位反击

  远处的雷击:

  一是在几公里甚至几十公里的范围内,雷电击中电力或信息通讯线路,然后沿着传输线路侵入设备。

  二是在几公里的范围内的雷电闪击,也可能在低压导线、数据线上感应过电压,该过电压也可能将高电压传导到建筑物的接地装置上,从而对电子设备造成极大的危害。甚至云层之问或云层内部的放电产生的瞬变电磁场也能耦合过电压到导线中。

  远处的雷击----传导雷

  开关浪涌:

  开关浪涌来自电路的闭合、断开的转换操作,来自感性和容性负载的开关操作,也来自短路电流的阻断。特别地,大型用电系统或变压器的断开可能引起对邻近的电子设备的损坏。

  雷电的破坏力主要表现为:

  1   产生电效应、热效应和机械力破坏。

  2   由于雷电引发的电荷分布不均匀,通过静电感应而产生的局部过压使电子设备损坏。

  3   由于雷电流形成的电磁场变化,通过电磁感应使周围导体产生过压。

  4   雷击使微电子设备地电位升,导致高电位地反击。


  四、视频监控系统雷击防护研究方向

  对雷电防护,概括的讲就是在良好接地前提下,通过安装合适的过电压(流)保护器预防雷电感应,利用性能良好的避雷针(网、带)预防直接雷击。防雷系统应包括三个方面:直接雷击的防护、感应雷击的防护和良好的接地系统,缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。

  A、直接雷击的防护:直接雷击的防护应采用避雷针或避雷带。按照滚球法计算被保护物应在接闪器的保护范围内,接地冲击电阻不大于10Ω。避雷装置包括:接闪器、引下线和接地装置。

  B、感应雷击的防护:感应雷击防护应主要从线路防护考虑。机房电源进线处应加装电源避雷器,机房信号进线处应加装信号避雷器。计算机场地的安全保护接地应不大于4Ω,交流工作接地应不大于4Ω。直流工作接地如果设备有特殊要求,按设备的特殊要求接地,无特殊要求则参照交流工作接地的要求,应不大于4Ω;防静电表面电阻率应在106~1011Ω范围内,防静电接地应不大于100Ω。

  研究依据

  1、 GB50057-94  《建筑物防雷设计规范》

  2、 IEC60364-5-534《建筑物的电气设施规范》

  3、 GB50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

  4、  GB5051-2003    《输气管道工程设计规范》

  5、 GB7450-87   《电子设备雷击保护导则》

  6、  GB50058-92     《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

  7、 IEC60364-5-534《建筑物的电气设施—过电压保护器件》

  8、 IEC61024-1-1 《建筑物防雷—防雷装置保护、级别的选择》

  9、 IEC6063    《SPD电源防雷器》

  10、 GB50054-95    《低压配电设计规范》

  11、 IEC61643      《接至低压配电系统的瞬态电涌保护器》

  研究目的

  解决监控系统在面对雷电威胁下,各类浪涌电流传导损坏设备和系统的隐患,保障机房内部设施的所有供电系统、监控设备系统的安全和正常运行,保障机房内工作人员人身安全。

  应用办法

  在防雷工程设计和施工的过程中一定要依据相关规范的要求,从直击雷防护、接地措施、安装SPD、屏蔽处理、等电位连接和综合布线六个方面进行综合考虑。

  1.直击雷防护

  机房内存在着大量弱电控制设备,因此必须做好防直击雷的保护措施,在楼顶突出位置加装避雷针或者四周敷设避雷带,以确保楼顶各设施的安全运作

  2.地网的制作

  因机房内有多种电子设备,需考虑设备的交流接地、工作接地及防雷接地共用,回因此需制作一个4Ω以下的地网。

  摄像机处需做防感应雷接地,各制作一个10Ω以下的防雷接地地网。

  1.机房地网制作方法:

  地网是为防雷提供雷电流的最终去处,地网的好坏直接影响到防雷的效果,必须制作4Ω以下的地网。制作的地网应离建筑物出入口或人行道不小于3m,小于3m时应将水平接地体局部深埋不小于80cm以上。地沟尺寸为:宽0. 5米,深0.6米,长24米。

  垂直接地体采用5×50×2000热镀锌角钢,数量7根;水平接地体采用4×40热镀锌扁钢,长30米;垂直接地体与水平接地体的连接采用双面焊接,水平接地体与水平接地体的搭接采用双面焊接,搭接长度大于80mm,焊缝不少于3条。焊接处刷红丹做防腐处理。

  如土壤电阻率大于100Ω.M,建议使用特殊接地降阻材料,如电解离子接地极、高效接地模块。

  地网接地线用4×40的热镀锌扁钢或φ10的热镀锌圆钢。

  连接到机房的线需用50平方的多股软铜线。

  接地线露出地面部分需用PVC管保护。

  汇接点用扁铜,扁铜与扁钢用螺栓连接。

  在汇接排上预留多个φ9圆孔,

  配备相应规格的不锈钢螺丝或铜螺丝。


  2.摄像机防雷地网制作方法

  在摄像机下挖一条宽0.3米,深0.5米,长6米的沟,将两根50*5*5的热镀锌角钢打入沟内,顶端距沟底10cm,角钢间的距离为4米,如图所示,两角钢用40*4的热镀锌扁钢或φ12的圆钢连接,然后扁钢的两端一端接摄像机安装杆的底座,另一端接防雷器的地线

  3.安装防雷器

  防雷器是并联在线路上的,即接在各种线路和地之间。平时防雷器处于高阻抗状态,即对地开路;当线路上有雷电流等过电压时它将被导通,处于低阻抗状态,即对地短路。雷电流等过电压消失后,它又自动恢复到高阻抗状态。

  A、供电系统

  电源部分的防雷及过电压保护是整个综合防雷防护重点。当发生雷击时,强大的雷电流及其高强度瞬变电磁场对周围导体产生过电压,绝大多数的雷害都是因为这类二次感应而造成的。因此具有长距离的电力线和信号线都是二次感应雷的侵犯途径。此外,电力网络内部的操作或事故也同样会有危险的过电波,会损害设备。

  机房内微电子设备由于其运行电压(几伏或几十伏)、电流小(毫安级)、频率高、侵入供电线路的雷电流及叠加在电源线路上的瞬间高压脉冲,击坏各类用电设备的电子芯片使设备遭受永久性损坏,因此在实施感应雷击工程时,应将重点放在电源防护方面。

  一般都根据截断感应源,防止二次感应,重点保护以及多重保护的办法,使瞬间过电压电流被抑制到电子设备能够承受的安全状态。

  具体措施是:

  1.电源第一、二级防雷:在机房的配电室处安装B+C级单相并联式电源防雷箱一台,以保证供电线路的安全运作。(共1台)

  B+C级单相并联式电源防雷箱是B级和C级组合型防雷箱,具有电源第一、二级两级防雷击电磁脉冲保护。标称通流容量为60KA(8/20),具有雷电计数功能,响应时间快,限制电压低。内有自保护电路及工作状态显示。

  2.电源第三级防雷:在机房的矩阵、监视器及控制台等设备前端安装电源防雷插座,




  B、信号系统

  所有信号防雷器都具有两级保护功能,即前级是防雷泄流单元,对雷电流起泄放作用,后级是钳位电路,对前级残压起钳位作用,两级之间有退耦电路以达到雷电流能量在前后级之间匹配。

  1)监控系统防雷

  在每个云台摄像头前端安装监控系统防雷器,以保证摄像头的安全工作。





  在每个摄像头(不带云台)前端安装监控系统防雷器,以保证摄像头的安全工作。

  从摄像头进入机房的控制线和视频线要做防护,在视频矩阵前安装集中式视频信号防雷器,共1台,另装2支单口的,合计18个端口,以阻止室外的雷电磁脉冲沿视频信号线路进入监控设备。




  4.机房防雷接地

  机房的防雷接地(接地要求R≤4Ω)

  接地线

  1)采用50mm2的BVR铜线作为接地线,从地网上引地线接入机房。

  2)机房内电源电涌保护器的接地线采用16mm2的BVR铜线。



  主要设备技术参数

  1.并联式电源防雷箱

  用途:

  主要用于邮电、气象、交通、计算机网络、铁路、电力、住宅等领域电源的第一、二级防雷、防浪涌保护。

  380A、B适用于三相四线制低压电源系统。

  220A适用于单相二线制低压电源系统。

  结构:

  由空开,JT型防雷器,工作状态指示器和雷击计数器所组成。

  安装方式:壁挂式安装。

  特点:

  1)过热过流保护,避免火灾发生;

  2)有工作状态指示,便于了解每相防雷器的工作状态;

  3)安装方便,直接并联于电源进线中;

  2.电源防雷插座结构:

  多功能插座,带工作状态指示。

  特点:

  1)防雷器失效保护,避免火灾发生;

  2)有工作状态指示,便于了解防雷器的工作状态。

  3)安装方便,用电设备直接插在防雷插座上。

  3. LBD-系列控制线路电涌保护器

  控制线路电涌保护器是依据IEC电涌保护器的标准设计。适用于通讯专线、遥测信号、遥控信号等信号设备的防雷保护。从而防止及各种数据采集、控制系统,高档生活区门禁系统、监控系统等各种设备遭到雷击电磁脉冲的损害。

  该系列控制线路电涌保护器采用两级串联式,反应时间皮秒级,可以充分保护采用最新半导体器件的设备。JT-系列控制线路电涌保护器系列标称放电电流可达10kA,额定负载电流不得超过0.5A。

  4.LBD-V系列视频线路防雷器

  视频线路防雷器采用多级串联式结构设计,具有多级保护功能,通流容量大,限制电压低,插入损耗小,响应速度快。适用于各种监控系统,显示器、有线电视网络设备、家用电视等视频信号线路终端设备的防雷击电磁脉冲保护。

  其中V40A/8、V40A/16、V40A/24是集中式视频线路防雷器,适合19寸标准机柜安装,可分别满足8路、16路、24路视频线路防雷,是适合视频矩阵防雷的非常理想的防雷器。



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