应用与发展

随着高科技技术产物的不断生成,电子信息系统的日新月异和安全防范意识的不断增强。视频电子监控系统的普及范围也越来越广,应用于交通、民航、金融、军事、库房、公路、超市、社区等公共场所。监控系统因雷击造成自动化监控运行失灵以至于设备毁损。因此监控系统的安全性对新的防雷技术要求成为新的课题。

1防雷技术的发展
　　当人们知道雷是一种电现象后，对协电的崇拜和恐惧就逐渐消失，并开始以科学的眼光来从新观察这一神奇的自然现象，希望能利用或控制雷电活动以造福人类。200多年前富兰克林率先在技术上向雷电发起了挑战，他发明的避雷针可能要算是最早的防雷产品，其实，富兰克林在发明避雷针时是以为金属避雷针的尖端放电作用可以综合雷云中的电荷，使雷云和大地间的电场降低到无法击穿空气的水平，从而避免了雷击的发生，所以当时的避雷针一定要求是尖的。但后来的研究表明：避雷针是无法避免雷击的发生的，它之所以能防止雷击是因为高高耸立的避雷针改变了大气电场，使得一定范围的雷云总是向避雷针放电，也就是说避雷针只是比它周围的其它物体更容易接闪雷电，避雷针被雷击中而其它物体受到保护，这就是避雷针的防雷原理。进一步的研究表明避雷针的接闪作用几乎只与其高度有关，而与其外形无关，就是说避雷针不一定是尖的。现在防雷技术领域统称这一类防雷装置为接闪器。
　　电的普遍使用促进了防雷产品的发展，当高压输电网为千家万户提供动力和照明时，雷电也大量危害高压输变电设备。高压线架设高、距离长、穿越地形复杂，容易被雷击中。避雷针的保护范围不足以保护上千公里的输电线，因此避雷线作为保护高压线的新型接闪器就应运而生。在高压线获得保护后，与高压线连接的发、配电设备仍然被过电压损坏，人们发现这是由于 “感应雷”在作怪。（感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：当雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就会在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。）雷电在高压线上感应起电涌，并沿导线传播到与之相连的发、配电设备，当这些设备的耐压较低时就会被感应雷损坏，为抑制导线中的电涌，人们发明了线路避雷器。
　　早期的线路避雷器是开放的空气间隙。空气的击穿电压很高，约500kV/m，而当其被高电压击穿后就只有几十伏的低压了。利用空气的这一特性人们设计出了早期的线路避雷器，将一根导线的一端连在输电线上，另一根导线的一端接地，两根导线的另一端相隔一定距离构成空气间隙的两个电极，间隙距离确定了避雷器的击穿电压，击穿电压应略高于输电线的工作电压，这样当电路正常工作时，空气间隙相当于开路，不会影响线路的正常工作。当过电压侵入时，空气间隙被击穿，过电压被箝位到很低的水平，过电流也通过空气间隙泄放入地，实现了避雷器对线路的保护。开放间隙有太多的缺点，如击穿电压受环境影响大；空气放电会氧化电极；空气电弧形成后，需经过多个交流周期才能熄弧，这就可能造成避雷器故障或线路故障。以后研制出的气体放电管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了这些毛病，但他们仍然是建立在气体放电的原理上。气体放电型避雷器的固有缺点：冲击击穿电压高；放电时延较长（微秒级）；残压波形陡峭（dV/dt较大）。这些缺点决定了气体放电型避雷器对敏感电气设备的保护能力不强。
　　半导体技术的发展为我们提供了防雷新材料，比如稳压管，其伏 —安特性是符合线路防雷要求的，只是其通过雷电流的能力弱，使得普通的稳压管不能直接用作避雷器。早期的半导体避雷器是以碳化硅材料做成的阀式避雷器，它具有与稳压管相似的伏 —安特性，但通过雷电流的能力很强。不过很快人们又发现了金属氧化物半导体变阻器（MOV），其伏 —安特性更好，并具有响应时间快、通流容量大等许多优点。因此，目前普遍采用MOV线路避雷器。
　　随着通信的发展，又产生了许多用于通信线路的避雷器，由于受通信线路传输参数的约束，这一类避雷器要考虑电容和电感等影响传输参数的指标。但其防雷原理与MOV基本一致。
　　2雷击所造成的危害
　　雷击是严重自然灾害之一，随着我国微电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐过电压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括感应雷及操作过电压）浪涌的承受能力降低。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：①设备损坏，人员伤亡；②设备或元器件寿命降低；③传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。使用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的，但是，避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。每年各种通讯控制系统或网络因雷击而受破坏的事例屡见不鲜，其中安防监控系统因受到雷击引起设备损坏，自动化监控失灵的事件也常有发生。安防监控子系统中部分前端摄像机设计为室外安装方式，对于雷雨多发地区必须设计安装防雷电装置。

在今天的安防工程项目中，防雷已经成为了安防系统设计、施工、验收的重要内容之一。特别是包含室外施工的工程，必须要根据标准规范认真做好防雷。现代防雷的重点逐渐转移到弱电防雷上，安防系统作为弱电的一部分，应用到越来越多的现代防雷技术，同时也对现代防雷技术提出了更多的要求，促进了现代防雷技术的发展与进步。
　　随着安防监控系统在银行、交通、小区、库房管理中的迅速普及应用，设备因雷击破坏的可能性就大大增加了。除因雷击直接造成的巨大经济损失外，还会导致重要设备损坏，进而使整个系统网络陷入瘫痪，造成间接的损失更是惊人。
　　3防雷产品分类
　　现代防雷产品种类繁多，大致可分为四大类:
　　(1)接闪器
　　避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。
　　理论上任何良好接地的金属物体都可以作为接闪器，因此随着经济的发展，人们对接闪器的外形提出了要求，希望能与漂亮的现代建筑协调，出现了一些形状各异，五彩缤纷的接闪器，但其防雷原理并没有改变。
　　由于传统接闪器并没有消除雷击，而只是将雷电流引向自身，这样会带来地电位升高、侧击、雷电流电磁干扰等问题，虽然能采用其它技术手段解决，但人们总希望有一劳永逸的解决方法。近年来出现了一些新产品，声称在进一步控制雷电方面取得了成果。
　　(2)消雷器
　　消雷器是国内近年来有非常大影响的防雷产品。它是希望改变接闪器的材料和形状来产生电流综合雷云中的电荷，让雷云在消雷器的保护范围内无法建立起接闪所需的场强，以达到消雷的目的。由于消雷器所声称的效果完全满足了人们所希望的防雷效果，因此一段时间内消雷器风靡国内市场。后来国内许多专家提出异议，认为消雷器的原理在技术上无法实现，并在理论上和实践上提出了大量例证，市售消雷器并不能真正消雷。由于两派观点都有国内知名防雷专家支持，所以消雷器在国内防雷学术界引起极大的争论，遗憾的是最后这些争论发展到超出了学术范畴，认为是专家的道德问题，有的居然提到了伪科学问题。结果谁也没被说服，争论最后以行政命令禁用消雷器而告终。在消雷器的繁荣时期，许多厂家也提供与消雷器相似原理的接闪器，名目繁多，有导体消雷器、半导体消雷器、大幅度降低接闪电流的特殊避雷针等。在各部发文禁用消雷器后，这些产品也销声匿迹，或改头换面。

(3)特殊避雷针
　　还有一些避雷针承认自己接闪雷电，但其保护范围特别大，而且不会因为加装了避雷针而增大雷击概率。这一类产品在市场上的份额不大，没多少人去深究其技术原理的可行性。但在标准中规定任何接闪器都只能按滚球法校核保护范围。
　　(4)引下线
　　一些厂家不在接闪器上作文章，却在引下线上采取措施，他们认为接闪器接闪时大量的雷电流通过引下线入地，会在周围的导体中产生感应雷，因此推出有屏蔽作用的引下线。必须指出：感应雷主要是由雷云的静电感应引起的，只屏蔽引下线作用并不大，而是要加强所有导线的屏蔽效果，才能削弱感应雷。
　　其实，在国标《建筑物防雷设计规范》（GB50057—94）中，对金属引下线的规定就已采取了降低引下线电磁干扰的措施，如多根引下线的分流作用，均匀对称的布置在建筑物四周可相互抵消内部电磁场，利用建筑物的钢筋框架这个很好的屏蔽笼（法拉第笼）接闪引下雷电流等。因此，普通金属引下线的方法在技术经济上都是可行的。
　　4.新型避雷器的工作原理
　　新型避雷器是使被保护电气设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入被保护的电气设备的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护电气设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。
　　氧化物避雷器是利用了氧化物阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低、反应时间较快（≤25ns）等优点，也能限制内部过电压，真正达到了安全避雷的目的。
　　氧化物避雷器主要采用单片压敏电阻，单片压敏电阻避雷器是80年代由日本最先发明使用。直到现在，单片压敏电阻的使用率也是避雷器中最高的。压敏电阻避雷器的工作原理是利用了压敏电阻的非线性特点。当电压没有波动时氧化物呈高阻态，当电压出现波动达到压敏电阻的启动电压时压敏电阻迅速呈现低阻态，将电压限制在一定范围内。
　　由于单片压敏电阻的通流量一直不够理想（一般单片压敏电阻最大放电电流在20KA\\8/20uS）,在这种前提下多片组合压敏电阻避雷器产生，多片压敏电阻组合避雷器主要是解决了单片压敏电阻的通流量较小，不能满足B级场合的使用。多片压敏电阻的产生从根本上解决了压敏电阻通流量的问题。
　　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？
　　在线路中使用了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。
　　有不少现场，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。
　　说明 安装于摄像枪视频线路上，
　　要主机视频线路上
　　额定运行电压 Uc 5V
　　脉冲放电电流(8/20) isn 5KA
　　响应时间 tA ≤1ns
　　数据传输速率 FG <150MHz
　　工作温区 ℃ -400℃——+800℃
　　接口类型 BNC plug
　　5 防雷技术未来发展的展望
(1)水平方面的雷击对建筑物的损坏：放电现象与放电路径存在一定的偏差。通常，放电现象是用雷电放电的理论来预测的，而来自水平方向的雷电放电路径是观测到的。在IEC TC81标准的讨论中，对于高层建筑物上水平方向的雷击必须考虑完全的保护。
　　(2) 防雷区域(LPZ)：所有的防雷空间均按照对雷电流产生的LEMP(电磁脉冲)的响应进行分区，各个防雷空间之间的边界是明确的，这个防雷空间称为防雷区(LPZ)。在防雷区之间的边界点的两边，其电磁条件有很大差异。目前，有很多木造建筑物，在防雷区(LPZOB)以下的分类的具体情况目前仍未明确。
　　(3)风险和管理：为了决定防雷措施的保护级别，有必要对被保护物(或人身)受雷击的危险程度进行评价。针对这个评价得出的雷击危险程度起草合理的防雷措施。
　　世界上从来没有对风险管理方法，为了对原来统计的雷击现象采用合理的防雷措施，有必要引进风险管理的办法。因为在IEC TC81标准中提到了风险评价的方法，在开始时有必要熟习该风险评价方法。但是，该风险的计算公式中，因为很多情况采用了较多的不可靠系数，该系数值的可靠性经过充分的研究之后，有必要得出结论。现在研究IECTC81标准的内容时，有以下几个问题：

<1>计算机风险采用的假定条件是很多的，从知识的内容来看，该假定条件不可能接近实际情况，最后的结果数值不可能是一步到位，检查输入功率的差错很困难；
　　<2>对每栋建筑物的风险都要进行评估，对这些建筑物种类进行分类，不可能得到充分的结论；
　　<3>对各个建筑物容许风险程度的可靠性问题。
　　(4)冬季雷问题：现在有些国家已对冬季雷进行了大量的研究，特别是关于电子设备防冬季雷的防雷措施和方法有很大的进展。冬季雷的特性带来雷害的各种现象与IECTC81标准中的雷电特性有很大的不同。要通过这些研究弄清情况，特别要注意以下几点：
　　<1>冬季雷具有往上发展光导放电，从高层建筑物朝雷云方面的先导放电的发展趋向，集中落雷在高层建筑物上；
　　<2>冬季雷会持续非常长时间的雷电流。通过的雷电流(即电荷量)很多，通常比夏季的雷电流值大100倍之多。
　　6 避雷产品未来发展趋势
　　(1)标准化、模块化设计：在针对电源系统进行防护的电源防雷器的开发设计中，厂商基本统一采用标准的模块化设计，全部采用35mm标准电气导轨的安装方式，比起最初简单的防护方法，此种设计安装更方便，也可实现更好的防爆防火安全需求。
　　(2)针对性的专业设计：随着科技技术的发展，越来越多的高科技新型设备的出现，防雷的种类也在不断推陈出新，为的是更好的满足这些高科技新型设备的更高技术要求，所以针对每一种高科技新型设备，将会有更具针对性的专业化防雷产品出现。
　　(3)精细化：随着现代化高新技术产业基础——电子技术的迅速发展，新型设备的内部结构越来越集中化，元件越来越精细化，使得设备耐受过电压、过电流的能力不断下降，更易遭受雷电破坏。所以要求未来的防雷产品的残压要更低，保护要更精细。
　　防雷是一个永久话题，仍在不断发展中，应该说现在尚无万试万灵的产品。防雷技术还有许多待探索的东西，目前雷云起电的机理还不清楚，雷电感应的定量研究也很薄弱，因此防雷产品也在发展中，一些防雷产品所声称的新效果，需以科学的态度在实践中检验，在理论上发展完善。由于雷电本身是小概率事件，需要大量长期的统计分析才能得到有益的结果，这需要各方的通力合作才能实现。?

雷电对视频监控系统的损害途径是多方面的。本文主要对视频监控系统遭受雷击损害的原因，及可能的侵入途径进行了分析，同时对安全监控系统的防雷保护技术进行了相应的介绍。防雷保护是一个比较复杂的问题，对安全监控系统的防雷保护设计不仅决于防雷装置的性能，更重要的是在监控系统的设计施工之前，就要考虑到监控系统所处的地理环境，设计合适的线缆布放方式、屏蔽及接地方式。总之，防雷保护设计应综合考虑，才能获得良好的效果。
　
雷文泰防雷器:http://www.lwtspd.com/rongyuzhengshu.html