安防防雷技术分析与安全警示 |
——EIE实验室 老竹2011.6.—— |
安防系统,只有自身的安全有保证,系统的安全防范功能和性能才有发挥的基础。 安防系统防雷,近几年暴露出了许多问题。本文就威胁安防系统自身安全的“防雷设计”,进行简要的技术分析并提出安全警示。 一、【安防工程防雷:“雷人设计”的技术要点】
二、【“雷人设计”,使安防系统丧失自身安全】
三、【对“雷人设计”的错误与安全隐患的技术分析】 1),防直击雷:室外摄像机立杆避雷针化设计——“雷人设计”说,这是“等电位一体化设计”,立杆接闪时,也能保证摄像机和立杆(避雷针)“等电位”。 做安防工程,无人不知:安防系统的摄像机,通过视频、控制和电源线缆与主机和全系统有着密切的电气连接关系。立杆避雷针接闪时,立杆上形成几百、上千千伏的雷电反击电压,把这个超高雷电压,通过线缆引到处于零电位的主机系统,这就构成了安防系统100%的“定时炸弹”。 2),防感应雷:“雷人设计”都是要用他们的三合一,二合一防雷器(都标明自己产品型号),防雷器接地端要用“**mm”的接地线连接专门做的接地网,接地电阻要低于4~10欧姆,“接地是为了有效泄放雷电流”。 1.感应雷:雷电产生的电磁辐射,形成空间电磁场,监控传输线缆的天线效应——接收到的“雷电感应电动势”,性质属于高频交变电压,而不是单极性电荷;感应电动势形成的位置,可以等效在线缆中间,而不是在线缆和大地之间;所以“接地泄放雷电流”,原理上就不通;他们更没想到,用于泄放雷电流的“接地线”,同样也会接收到“雷电感应电动势”,又能用什么办法来接地泄放呢?再并连一根接地线能把它“泄放到大地”,或者能把它短路吗?线缆接收到的“雷电交变感应电动势”,是一个与大地毫无关系的交变电压,企图用接地防雷器把它泄放到大地,这是对电磁感应认识上的基本概念错误,也是防雷器设计和应用上的原理性错误。 2. 常态接地的防雷器:人为制造了系统多点接地,形成多个地电位环路,当系统的地电位差超过一定数值后,持续的放电可以烧毁防雷器,这就是不打雷也会烧毁防雷器的真实原因。防雷器接地引入地电位,地电位又可以烧毁防雷器,威胁系统设备的安全,这是防雷器设计和应用于安防系统的第三个原理性设计错误。 3. 常态不接地防雷器:通过开关元件接大地:当地电位差超过一定数值后,仍会触发防雷器(接地开关)动作,形成事实上的多点接地;不管是电网地电位触发的持续性接地,还是闪电触发的瞬态接地,对安防系统来说,都是毁灭性的安全隐患。这是 “雷人设计”所犯的第四个原理性设计错误。 3),节外生枝,引狼入室的拙劣设计:电网系统及其各种大功率用电设备,出于本身的安全运行与防雷设计考虑,有着不同类型的高低压系统零线“多点接地”形式,电网运行不平衡或电网故障不平衡,都会引起大地不同点、不同大小的地电位变化,我们简称“电网地电位”。“雷人设计”,人为制造安防系统的多点接地,把“电网地电位”通过地环路引入安防系统,造成了电压“浪涌”。浪涌是一个与大地密切相关的交流电压,要抑制“地电位浪涌”,只能用“接地浪涌保护器”,来向大地“泄放浪涌电流”。“多点接地—引来浪涌”,为了“抑制浪涌—再接地”,形成恶性循环;这种“无中生有,节外生枝”,就是“雷人”独创的“引狼入室,又安排打狼”的拙劣设计,也是雷人宣传“防雷必须接地,不接地就不能防雷”的“实践依据”; 4),“雷人设计”,把电网浪涌引入安防系统,概念上又与雷电电磁感应混为一谈,把用于电网系统的浪涌保护器和用于安防系统的感应雷防护混为一谈,向安防工程推销“接地浪涌保护器”来防感应雷。 四、【安防防雷安全设计技术要点与安全警示】 1),关于系统“单点接地”:安防系统安全设计的基本原则是“单点接地”。 *“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”设备做一个接大地。例如光缆系统:前端多路光发射机机壳“一点”接大地,电缆连接的摄像机都与大地绝缘,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:“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,保证操作安全。雷电感应电动势与大地无关,不存在向大地大电流泄放问题,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),安防工程防雷设计的有利前提条件:甲方的建筑物及其供电系统的防雷,应该都是通过了工程验收并具有完善、合格的防雷、防浪涌措施与性能。甲方自己办公、居住和用电都应该是安全的,不用再考虑附加防雷措施。乙方为甲方设计施工安防工程,也属于甲方“业主”使用行为,同样不需要再考虑建筑物和供电系统的防雷问题,也不需要考虑给安防供电做什么三级防雷,更不需要做什么接地网。建筑物和供电系统出现雷电事故,属于原设计施工单位责任问题。安防工程设计,不需要涉及建筑物及其供电系统的防雷,这就是“安防工程防雷设计的有利前提条件”; 4),安防系统防直击雷:第一,系统所有设备,应该在已有建筑物防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摄像机立杆,立杆与独立避雷针距离应大于4、5米,摄像机立杆上面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;使用木头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。 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,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3、4十公分以上,阴雨天可以超过1米以上的距离,常规绝缘无法做到; 5),“雷人设计”在安防行业造成了什么影响:曾有“雷人”说:许多重要安防工程,摄像机立杆上都安装有避雷针,而且是通过了权威部门论证和验收的,工程到现在也没有被雷击,说明这是“合理有效的防雷设计”。这是事实,笔者也亲眼看到:有的博物馆一级风险工程,室外摄像机立杆上,也堂而皇之的挺立着一根避雷针。这类工程应该都是“通过”方案论证和工程验收的,所以是“合法的”。还可以告诉大家,这类“雷人设计”厂家,还参与了安防行业某防雷“规范”文件的起草,并把这种“雷人设计”明文写进了“规范”文件中。这又说明什么?只能说明又给这类“雷人设计”披上了“合法的外衣”,也说明“雷人设计”恶劣影响的广泛性和问题的严重性。这些“光彩工程”,这些“光彩厂家”,这些“光彩专家”,也必将载入安防防雷的史册——“拿着疮疤当花戴”吧! 然而,安防工程是硬碰硬的实践科学,经过多年的实践检验,防雷工程屡屡被雷击,设备屡屡被烧毁,导致安防系统瘫痪的案例曝光,使越来越多的安防工程商,已经认识到“单点接地”原则的重要性,也已经认识到这种“雷人设计”是安防工程的重大安全隐患;真正的专业防雷厂家,也正与时俱进,不断努力完善安防防雷器设计; 6),室外摄像机防感应雷,选用接地防雷器要小心:不管是三合一,二合一,或视频信号防雷器,目前多数防雷器产品,都设置有一个专门的接地端,都需要设置专门的接地线和专门的接地网。常态接地或开关接地防雷器,接地泄放雷电流是虚,造成安防系统安全隐患是实(前面已有分析)。 7),安防工程,防感应雷的设计出路:雷电对线缆的电磁感应,需要根据它的信号特点和入侵路径,采取合理的防护措施。需要特别提醒的是,雷电感应,“雷人”所说有几十、几百千伏的“雷电冲击波”,防雷器“需要有几千,几十千安培的放电能力”的说法,应该是源于“雷人设计”的多点接地引入地电位环路的数据,也就是常说的“浪涌”数据。我们可以从“雷人设计”的错误里找到技术出路,遵循系统“单点接地”原则,正确理解雷电电磁感应原理,准确掌握感应电动势信号性质、特征和形成位置,结合视频,控制和电源实际电路特点,就可以开发出实用有效的安防系统防雷电路。“单点接地”,科学有效地排除了浪涌入侵问题,使安防系统防感应雷抑制电路设计变得更简单,更实用,投入也更低,既可以把保护电路做在设备输出输入端,也可以做成独立“电路保护器”; 8),关于“机房防雷”:“雷人设计”的机房防雷,涉及建筑物防雷,复杂的供电系统多级防雷,复杂的“等电位连接”关系,把只需做个“单点接地”的监控系统,也开发成为一个高投入的防雷接地网。安防系统的防雷是一个系统工程,脱离整个系统防雷的完善设计,一个局部的“机房防雷”是没有实际防雷意义的。如果前端摄像机立杆是避雷针化设计,那再好的“机房防雷”也难保安全。 9),安防工程的防雷理念:不要以为安防系统“设置防雷,有备无患”,“有防雷总比无防雷好”;也不要以为“凡是室外设备,都要防雷保护”。 历史的来看,安防系统不设防雷,雷击概率也不是很高。要防雷,就要有正确的防雷设计;没有把握的防雷设计,宁可不安装;盲目采用“雷人设计”的安防防雷,就会造成100%的安全隐患,使安防系统本身丧失了安全感,比不装防雷更可怕;——敬请关注这个“安全警示”。 10),做安防防雷,应了解一些雷击概率知识:安防工程是否需要做防雷,了解雷击概率很有必要,这里引一段雷击概率的分析,供参考:“根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004附录中的资料,全国不同地区的年平均雷暴日是不同的,从12.9-115.5不等。依据年平均雷暴日和建筑物的长、宽、高可以计算出该建筑物的年预计雷击次数。在北方,一栋高6-7层的建筑物的雷击概率,一般在0.03-0.05次/年,也就是说,在100年内该建筑物可能受到雷击的次数在3-5次。高度在20多层的建筑物100年内也不过6-8次。”概率十年不到一次。 |