摘要：弱电安防防雷注意事项 安防系统设计
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广域信息系统电磁兼容(EMC)概念 广域信息系统(WAIS，wide-areainformationsystem)是指：一个跨越地域广泛，系统设备之间有着直接电气连接关系、无法实现系统等电位连接的弱电系统。安防系统属于“广域信息系统”。
广域电磁环境—影响广域信息系统的外部电磁环境，从空中到地下都有，空中的雷电和自由空间各种电磁波，地面上的带电线缆相互耦合关系，地下的各类地电位都可能影响到弱电系统的运行质量和系统安全。
广域信息系统电磁兼容(EMC)：是假定系统所用各种设备(产品)本身的质量、安全、电磁兼容(EMC)等问题已经解决，都是合格的，只考虑外部电磁环境影响下系统安全运行的设计问题。它不同于常说的设备、产品、电路板级的电磁兼容问题，曾有人试图用设备和PCB板电磁兼容概念解释“安防系统广域电磁兼容”问题，总是不得要领。
安防系统安全运行的设计属于广域信息系统电磁兼容(EMC)设计问题，包括系统抗干扰设计，防静电设计，防直击雷和感应雷设计;目标是确保系统自身安全，确保系统运行质量。
前面分析的摄像机“立杆避雷针”和“接地防雷器”的系统防雷设计，之所以构成人为安全隐患，就在于对大地电磁环境没有认识，也在于对安防系统的广域工作特点缺乏基本认识，这是造成系统安全隐患设计的根源。关注和研究系统电磁兼容设计是关系弱电系统自身安全的重大问题，应该提到安防工程的议事日程上来了。
安防系统安全设计的基本原则是“单点接地”
1、“单点接地”的基本概念 单点接地是指系统主机一点接大地，远端摄像机及所有设备都必须与大地绝缘;具体的说：“单点接地”是指凡有直接电气连接关系的“系统”，要把电气连接的“集中汇聚点”设备(系统主机或子系统主机)做一个接大地。例如光缆传输系统：前端多路光发射机是子系统主机，机壳“一点”接大地，光发射机电缆连接的各路摄像机都应与大地绝缘，这就是“有直接电气连接关系”的系统“单点接地”，后端系统主机接地不能替代它，因为中间有光缆隔离了电气连接。
2、“单点接地”的工程要求 主机“单点接地”，系统远端所有设备对地悬浮，通过主机接地点泄放系统产生的静电荷，并保持与大地静态等电位，以保证操作安全。单点接地后系统的(地)电位，是指系统相对于大地零电位来说的“地电位”，即系统接地点的电位;安防论坛里曾有“专业防雷”把线缆上接收到雷电感应电动势，用“过电压”、“高电位”来描述，声称“用电缆两端接地防雷器就能把电缆两端箝位到等电位”。高频分析表明，对于线缆上的交变感应电动势来说，即使防雷器接地电阻为0和两端地电位也相等，两端限压型防雷器的“箝位电压”始终是“大小相等，极性相反”的，哪里有什么等电位可言?而且接地“放电回路“包括电缆和接地线的交直流阻抗总和，也包括接地电阻，所谓“有效泄放雷电流”只是幻想而已。雷电感应电动势与大地无关，不存在向大地泄放电流问题;"单点接地”用于泄放系统静电荷，对接地电阻也就没有很高要求，不需要做专门的接地网;“单点接地”与传统避雷针接地、电网接地、防浪涌保护器接地泄放大电流的要求有着本质区别，用普通导线连接楼体钢筋，接自来水管都可以。
3、“单点接地”的合理性分析 1）“单点接地”切断了所有地环路，可有效阻断“雷电地电位”和“电网地电位”入侵弱电系统的路径，这是防雷电、防浪涌，防干扰最有效的基础技术手段;多点接地引入地电位干扰和电网浪涌，引入雷电反击电压，烧毁安防设备和防雷设备的案例已被越来越多的安防工程伤害案例所证实。
2）安防系统“单点接地”不仅与防感应雷没有矛盾，而且是安防系统防雷设计应遵循的基本理念和防雷设计的基础条件;因为防直击雷不需要，也不能通过系统任何部位接大地放电;防感应雷只需通过保护电路抑制雷电感应电动势到达设备端口时的电压值，确保低于设备“最高安全电压”即可，所用保护电路也不需要接大地。
3）系统“单点接地”使整个系统随接地点等电位浮动。而人为制造了多点接地，又企图实现“等电位连接”，这对“广域信息系统”来说，理论和实践上都是不可能实现的。
4）坚持“单点接地”安全设计原则，可以避免被“接地防雷”的误导，并可规避复杂接地系统的冤枉投入。
5）“单点接地”是检验和判断安防系统安全设计和隐患设计的“试金石和分水岭”。
关于安防工程中“建筑物及其供电系统防雷”问题
先请大家考虑个问题：安防工程商给甲方设计安防工程，甲方本来就在建筑物里正常工作和用电，他们的建筑物和供电系统都是通过了安全验收的，而且都有日常的检测维护，怎么还需要做安防工程时来考虑和设计他们的建筑物防雷、配电防浪涌，搞什么电源三级保护呢?即使甲方建筑物和供电系统防雷，防浪涌不合格，那也不是安防工程商管辖的事情;建筑物防直击雷和电源多级防雷，在安防防雷工程的相关管理文件中和在“专业防雷”宣传描述中，占了主要篇幅，而真正的安防系统的防雷设计部分又是突出了“立杆避雷针化”和“防雷多点接地”两大安全隐患设计，这是值得我们深思的问题。
建筑物和供电系统防雷是安防系统建设之前应具备的基本条件，不应属于安防系统设计管辖范围，否则就是画蛇添足。绝大多数安防工程商也不具备相应资质。
安防系统防直击雷设计 第一，安防系统所有设备应该在已有建筑物防雷避雷系统和其他独立避雷针有效保护范围内工作，传输线缆尽可能埋地穿管布线。
第二，室外孤立的立杆摄像机，如确有必要防直击雷(需论证雷击概率)，应该设置独立避雷针保护立杆摄像机，立杆与独立避雷针距离应大于4、5米(反击立杆的距离)，摄像机立杆顶部千万不能安装避雷针，下面也不要做接地网，金属立杆还要做好与摄像的高级别、全天候绝缘，以应对避雷针接闪时“跨步电压”通过立杆反击摄像机;使用木质或水泥绝缘材料立杆更有利于绝缘，摄像机支架最好用工程塑料支架，以提高绝缘级别。
第三，还有人提出把“摄像机立杆做成避雷针，让摄像机与立杆绝缘”的方案，这也是不可取的。因为避雷针接闪产生的雷电反击电压击穿空气的距离在三、四十厘米以上，阴雨天可以超过1米以上的距离，常规绝缘无法做到。
一个负责任的厂家应该主动纠正自己过去做的“安全隐患防雷工程”。
关于对雷电感应的认识 对雷电感应的描述，“专业防雷”用了“雷电电磁脉冲”，“雷电冲击波”，“雷电波”，“浪涌电压”，“浪涌电流”，“雷电过电压”，“雷电过电流”等等诸多描述词汇;但是对于线缆上的“雷电感应”到底是什么东西从未见说明。
1)虚假的雷电感应数据
所谓监控系统线缆上有几十千伏的“雷电压”，防雷器“需要有几千、几十千安的放电能力”的说法，应该是源于“专业防雷”人为制造的多点接地，引入地电位和电网浪涌的数据，这是与雷电电磁感应风马牛不相及的虚假数据。“浪涌”和“接地浪涌保护器”本来是电网系统的名词和概念，现在让“专业防雷”把它和雷电感应混为一谈了，不仅如此，干脆就把电力系统的“接地浪涌保护器”直接当作弱电系统的“防雷器”来使用了。
还有一类“专业防雷”给出的雷电感应计算公式，算出来的数据也是几十千伏的“雷电冲击波”，这都是在对地电位缺乏基本认识情况下拼凑的数据，再带上雷电感应的“帽子”，是为推销“接地防雷器”、“接地浪涌保护器”寻找“合理说法”而已。反映出这些人对雷电感应的本质没有基本认识。
2)雷电电磁辐射、电磁感应定性分析
雷云放电过程中主要是热能、光能、机械能、声波能等能量消耗，雷电电流的“电磁辐射能量”只是雷电总能量中的一小部分。雷电感应仅指某条线缆实际接收到的“电磁辐射”能量。“辐射”与“接收”之间有一定的“电磁耦合关系”，这种“电磁耦合关系”是受到以下许多因素影响和限制的：
1.频谱影响：只有高频才能形成有效辐射，而高频辐射只是雷电流的高次谐波成分，不属于雷电的主能量频谱范围;
2.“天线效率”与雷电流的电磁辐射：电磁辐射与天线结构尺寸和波长(频率)密切相关，严格设计和精密加工的天线效率在50~70%左右。不同的谐波频率，不同的避雷针高度，云际放电电流不同的等效“天线长度”等等，都不可能与谐波频率有良好匹配关系，所以实际雷电流的电磁辐射属于低效率、超低效率的电磁辐射;同样道理，“接收天线”也有频率与尺寸最佳匹配问题，最佳匹配才能实现高效率接收，显然监控线缆作为接收雷电辐射的“天线”也属于低效率、超低效率的“接收天线”。
3.方向性影响：雷电流电磁辐射能量的辐射方向，类似球面波向自由空间近似“全向辐射”，对应一根线缆面积和方向的“立体角度”辐射能量，只是总辐射功率中的一个微小量，况且辐射功率强度还与距离平方成反比。也就是说，雷电电磁辐射和线缆接收的方向性，基本都具有近似“全向低增益”特点。
4.极化影响：辐射源发出的电磁波有一定的“极化方向”(电场强度矢量E的变化方向)，接收线缆也有一个接收的极化方向问题。例如避雷针针体放电电流主要是“垂直方向的”，它的辐射场极化方向(E)也是“垂直极化波”，只有垂直方向的立杆和接地线才能有效接收这种“垂直极化波”，而水平走向线缆，基本接收不到这种“垂直极化波”的能量，这就是极化影响;线缆接收与雷电辐射的极化方向都是随机因素，实际上“极化衰减”很大很大，真正接收到的能量同样也是微小量。
考虑到上述各种限制因素影响，我们可以得出如下概念：雷电电磁辐射到自由空间的能量只是雷击放电总能量的部分微小量，由于频谱、辐射效率、方向性、极化等不可逾越的因素影响，线缆实际接收到的雷电感应能量与雷电总能量比较更是“超级微小量”;所谓线缆上有几十千伏、几十千安的数据是违背科学规律的。
“雷电电磁脉冲”，“雷电冲击波”，“雷电波”，“浪涌电压”，“浪涌电流”，“雷电过电压”，“雷电过电流”等等诸多描述词汇也都是一些忽悠语言，不是经典的专业技术用语。
笔者曾按照某个“专业防雷”文章中给出的计算公式，对一个放电避雷针辐射算过一个写字楼各层线缆雷电感应“过电压、过电流”，“总能量”，竟然比避雷针放电总能量还要大许多倍;所给的这个“专业计算公式”竟然与上述各种限制因素都毫无关系，典型的“外行忽悠内行”。
大量的生活实践告诉我们，雷雨天气在家看电视能看到偶尔闪过的雷电干扰条纹，从电话和收音机中也能听到雷电“咳、咳”声。所谓雷击烧毁家用电器的案例，烧毁安防设备、把视频电缆融化了的案例，多数是雷击引起电网故障，造成电网地电位浪涌烧毁的。
笔者早年曾多次见过几百千瓦和兆瓦功率级的窄波束雷达开机扫描，当波速到来时，强电磁场可以把室内日光灯打亮，或把高压疝气灯打亮，却从未见过头上的响雷电磁场把日光灯，路灯打亮。如果雷电感应真有几十、几百千伏电压、几千安、几十千安电流，那日光灯不仅会亮，而且早就成批的烧毁了。
结论是：线缆上实际接收到的“雷电感应”的能量并不像“专业防雷”描述的“几十千伏”，“几十千安”那么巨大，它只是雷电总能量里的一个微小量，本质不是单极性电荷，而是交变感应电动势，可以等效到线缆中间，与大地毫无关系。而电网系统用的“浪涌保护器”，却真正需要“几十千伏”，“几十千安”的保护性能，这是用来应对电网浪涌，并需要接地泄放浪涌电流的，雷电感应与电网“浪涌”比较起来，要远远是小巫见大巫。把接地“浪涌保护器”，当成弱电系统雷电感应“防雷器”来用，只能是一个“现代科技笑话”而已。
感应雷防护设计 前面关于雷电感应的分析已经明确：线缆雷电感应电动势与大地无关，它是一种高频交变电压，位置等效在线缆中间。根据这个特征，感应雷的防护基本做法是对设备输入输出口设置“限压保护电路”，而不是“对地泄放雷电流”，搞什么“等电位箝位”闹剧。
1) 视频传输线路保护电路原理
等效电路：雷电感应电动势Uo形成在视频线屏蔽层上，可以等效在线缆中间，通过两端的匹配电阻与芯线构成回路.
视频线保护电路的设计要点是：确保雷电感应电动势Uo在两端75欧姆负载上的压降“限压”到低于电路的最高安全耐压值。
1、常态下对传输衰减影响和频率失真影响要在允许范围内;
2、雷电感应脉冲到来时，开关放电元件K迅速导通“限压”，滤波网络Z能最大限度的吸收雷电感应电压，确保75欧姆负载上不会出现过高电压，起到设备安全保护作用;
3、不同的视频同轴传输方式，如基带传输和射频传输，不同设备的输入输出信号幅度，信号带宽不同，对保护电路的具体设计要求是不同的;最理想的防雷线路保护电路应该是结合具体设备的实际电路设计的“专用保护电路”，并一起嵌入在设备电路中。通用外接型线路保护器也可参照不同传输方式合理设计不同类型的线路保护器;
4、远距离传输线缆，内外导体的线路阻抗较大，对雷电感应电动势Uo有明显衰减，能使Uo放电时常数加大，可以使Uo在线路阻抗和滤波网络上的降压增大，放电管电流减少，有利于确保75欧姆负载上雷电感应电压最小;
5、前端所有摄像机与大地绝缘，“防雷保护电路”不需要接大地，主机单点安全接大地用于泄放系统静电荷，全系统静态地电位随“主机接地点”的“地电位”浮动;
6、工程实践表明，结合产品具体电路设计的嵌入式“保护电路”是十分有效的。实际应用产品损坏率分析表明，未加保护电路的产品最高阶段损坏率有时高达10%以上，其中95%以上都是地电位环路烧毁的，另外还有元器件的质量问题和误操作问题损坏的;产品加了保护电路后损坏率大幅度降低到2~3%以下，经与现场技术人员共同分析，还没有充分理由说明是雷电损坏的，因为绝大多数不是雷电天气下损坏的。更可喜的是地电位入侵损坏率也大幅度下降，这说明对地电位入侵也有较强的抑制能力。模拟实验数据表明，对于高达250VAC以上的地环路电压也有足够的安全抑制能力，不过这不等于说，允许系统存在地环路;
7、视频线路保护电路可以设计在摄像机输出电路中，设计在DVR、矩阵、光端机、视频传输设备等输入电路中;
8、防雷保护电路一律不接大地，可有效消除地电位环路安全隐患。
3)电源系统防感应雷问题
安防系统安全供电基本设计要点为：
确认甲方建筑物防雷和供电系统防雷已经通过验收合格，甲方用电是安全的。
安防系统设备所用直流电源地、机壳等都必须确认与电网“零、地线”是电气隔离的，不能把电网零、地线设计、引入到安防系统中。
确保实现系统“单点接地”，所有摄像机必须与大地绝缘，不允许使用接地防雷器或接地浪涌保护器。
在车间电机群环境或有大功率变频电机应用环境(如供水，集中空调等)下，系统供电宜选用净化电源(电源需滤波)。
安防电源线路防雷保护 接地防雷器会给安防系统造成安全隐患不能用，那安防电源系统防感应雷怎么办呢?
单点接地有效消除了电网地电位“浪涌”入侵，采取上述“设计要点”又可以最大限度的减少雷电感应电动势伤害。安防电源输入端属于高电压低频元件，常规暂态雷电感应电动势属于高频短脉冲，可以采用电源滤波器作为输入端保护和抑制，为更稳妥起见，输出端可以采用限压元件保护电路.
关于机房防雷 安防机房通常在甲方建筑物内，直击雷防护和供电系统已经有了合格的防雷措施，安防220VAC用电属于安全用电，按照上面“安全供电基本设计要点”做就可以了。
安防系统的防雷是一个系统工程，脱离整个系统全局防雷的“完善”设计，一个局部的“机房防雷”，机房“等电位连接”是不能解决系统防雷的。如果前端摄像机立杆是避雷针化设计，或者系统采用大量的接地防雷器，那再好的“机房防雷”也难保系统设备安全。
系统单点接地—机房主机机壳做安全接大地，只用于泄放系统静电荷，机房防感应雷同样考虑线路保护就够了。
安防工程的防雷理念 安防系统防雷设计的出发点和最终目标都必须是确保系统设备和运行的安全，这一点应该在行业相关标准中作出明确规定。防直击雷应该由独立避雷针保护;防感应雷本质是做好线路保护。立杆避雷针、各类接地防雷器、接地浪涌保护器，如果用于安防系统防雷等于埋下定时炸弹。
树立“广域信息系统电磁兼容设计”理念：“系统单点接地”是安防系统防雷、防干扰和系统安全设计第一要素和安全设计基本原则。
做安防防雷应了解一些雷击概率知识，这样才能减少防雷设计和投资的盲目性，才能不被误导，才能设计出真正安全有效的防雷工程。例如一个3、5米高的独立房屋或室外摄像机立杆，在北方雷击概率远低于0.01次/年，就是说“百年不遇”一次雷击，有必要做直击雷防护吗?有人就是叫你做，每个室外立杆都要做，叫你购买专业不锈钢立杆避雷针，做专业接地网(笼);一个几百元的室外3、5米高的立杆，按照立杆避雷针设计，要投入高达几千到1、2万元，显然这是商业目的，让人家当“肥牛”宰了，换来的结果是“自毁”系统。三峡工程考虑到几个省的生命和财产安全，才设计到百年不遇，一个安防立杆有必要这么做吗?
目前我们的安防防雷还处于一个“尴尬局面”：做防雷的不了解弱电系统技术，做弱电系统的不了解防雷技术;安防系统的防雷工程由不了解防雷技术的安防工程商承担，而安防系统防雷设计及其相关标准却由不了解弱电系统技术的“专业防雷”企业编制并供应相关产品，安防工程商的角色是防雷的“用户”。
“供应商”为“用户”编制相关“标准”，规定了弱电系统防雷“应该”、“必须”怎么设计，“应该”、“必须”用什么产品;这种局面运行多年的实践证实，这种防雷设计和防雷产品的应用给监控系统自身制造了安全隐患。更值得深思的是，在行业相关标准和规范中，没有保证“全系统安全”的基本条款，单就某一局部制定“保护技术条件”，而且缺乏原理分析，也就不可能有对“安全隐患设计”追究责任和负责整改的相关条款;这就等于给“安全隐患设计”开了绿灯和提供了“保护伞”。他们可以为“安全隐患设计”编造各种借口，推脱责任。
防雷毕竟是一门实践科学，实践是检验真理的唯一标准，实践更是最高的权威。让历史评价那些安全隐患设计和他们的“光彩工程”吧!任重道远，安防人，一定要走好自己的科学发展之路。
路曼曼其修远兮，吾将上下而求索。
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