監控防雷保護器

監控系統防雷保護器分為電源浪涌保護器、信號浪涌保護器兩種。浪涌保護器（Surge protection Device）是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”，英文簡寫為SPD。

基本介紹

• 中文名：監控防雷保護器
• 外文名：Surge protection Device
• 分類：電源浪涌保護器、信號浪涌保護器
• 別稱：避雷器或“過電壓保護器”

SPD分類

按工作原理分類

1） 開關型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時呈現為高阻抗，但一旦回響雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變為低值，允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流電晶體等。

2） 限壓型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極體、雪崩二極體等。

3） 分流型或扼流型

分流型：與被保護的設備並聯，對雷電脈衝呈現為低阻抗，而對正常工作頻率呈現為高阻抗。

扼流型：與被保護的設備串聯，對雷電脈衝呈現為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現為低阻抗。

用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。

按用途分類

1） 電源保護器：交流電源保護器、直流電源保護器、開關電源保護器等。

2） 信號保護器：低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。

基本器件

放電間隙

它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線（PE）相連線，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。這种放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整，結構較簡單，其缺點時滅弧性能差。改進型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠迴路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

氣體放電管

它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體（Ar）的玻璃管或陶瓷管內組成的。為了提高放電管的觸發機率，在放電管內還有助觸發劑。

這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，氣體放電管的技術參數主要有：直流放電電壓Udc；衝擊放電電壓Up（一般情況下Up≈（2～3）Udc；工頻而授電流In；衝擊而授電流Ip；絕緣電阻R（>109Ω）；極間電容（1-5PF）氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：

在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線路正常工作的直流電壓）

在交流條件下使用：U dc≥1.44Un（Un為線路正常工作的交流電壓有效值）

壓敏電阻

它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻，當作用在其兩端的電壓達到一定數值後，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當於多個半導體P-N的串並聯。壓敏電阻的特點是非線性特性好（I=CUα中的非線性係數α），通流容量大（ ～2KA/cm2），常態泄漏電流小（10-7～10-6A），殘壓低（取決於壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時過電壓回響時間快（～10-8s），無續流。

壓敏電阻的技術參數主要有：壓敏電壓（即開關電壓）UN，參考電壓Ulma；殘壓Ures；殘壓比K（K=Ures/UN）；最大通流容量Imax；泄漏電流；回響時間。

壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0為工頻電源額定電壓）

最小參考電壓：Ulma≥（1.8～2）Uac （直流條件下使用）

Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓）

壓敏電阻的最大參考電壓應由被保護電子設備的耐受電壓來確定，應使壓敏電阻的殘壓低於被保護電子設備的而損電壓水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護設備的而損電壓。

抑制二極體

抑制二極體具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區，由於它具有箝位電壓低和動作回響快的優點，特別適合用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。抑制二極體在擊穿區內的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性係數，對於齊納二極體α=7～9，在雪崩二極體α=5～7.

抑制二極體的技術參數主要有

（1）額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流（常為lma）下的擊穿電壓，這於齊納二極體額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V範圍內，而雪崩二極體的額定擊穿電壓常在5.6V～200V範圍內。

（2）最大箝位電壓：它是指管子在通過規定波形的大電流時，其兩端出現的最高電壓。

（3）脈衝功率：它是指在規定的電流波形（如10/1000μs）下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。

（4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區，其兩端所能施加的最大電壓，在此電壓下管子不應擊穿。此反向變位電壓應明顯高於被保護電子系統的最高運行電壓峰值，也即不能在系統正常運行時處於弱導通狀態。

（5）最大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。

（6）回響時間：10-11s

扼流線圈

扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上，形成一個四端器件，要對於共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對於差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號（如雷電干擾），而對線路正常傳輸的差模信號無影響。

這種扼流線圈在製作時應滿足以下要求：

1）繞制線上圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。

2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現飽和。

3）線圈中的磁芯應與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。

4）線圈應儘可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。

1/4波長短路器

1/4波長短路器是根據雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所製作的微波信號電涌保護器，這種保護器中的金屬短路棒長度是根據工作信號頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長的大小來確定的。此並聯的短路棒長度對於該工作信號頻率來說，其阻抗無窮大，相當於開路，不影響該信號的傳輸，但對於雷電波來說，由於雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對於雷電波阻抗很小，相當於短路，雷電能量級被泄放入地。

由於1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐衝擊電流性能好，可達到30KA（8/20μs）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，頻寬約為2%～20%左右，另一個缺點是不能對天饋設施加直流偏置，使某些套用受到限制。

防雷設計

前端設備的防雷

前端設備有室外和室內安裝兩種情況，安裝在室內的設備一般不會遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設備的侵害，而室外的設備則同時需考慮防止直擊雷擊。

前端設備如攝像頭應置於接閃器（避雷針或其它接閃導體）有效保護範圍之內。當攝像機獨立架設時，避雷針最好距攝像機3－4米的距離。如有困難避雷針也可以架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ 8的鍍鋅圓鋼。為防止電磁感應，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應穿金屬管禁止。

為防止雷電波沿線路侵入前端設備，應在設備前的每條線路上加裝合適的避雷器，如電源線（220V或DC12V）、視頻線、信號線和雲台控制線。

攝像機的電源一般使用AC220V或DC12V。攝像機由直流變壓器供電的，單相電源避雷器應串聯或並聯在直流變壓器前端，如直流電源傳輸距離大於15米，則攝像機端還應串接低壓直流避雷器。

信號線傳輸距離長，耐壓水平低，極易感應雷電流而損壞設備，為了將雷電流從信號傳輸線傳導入地，信號過電壓保護器須快速回響，在設計信號傳輸線的保護時必須考慮信號的傳輸速率、信號電平，啟動電壓以及雷電通量等參數。

室外的前端設備應有良好的接地，接地電阻小於4Ω，高土壤電阻率地區可放寬至 <10Ω。

傳輸線路的防雷

CCTV系統主要是傳輸信號線和電源線。室外攝像機的電源可從終端設備處引入，也可從監視點附近的電源引入。

控制信號傳輸線和報警信號傳輸線一般選用芯禁止軟線，架設（或敷設）在前端與終端之間。

GB50198－1994規定，傳輸部分的線路在城市郊區、鄉村敷設時，可採用直埋敷設方式。當條件不充許時，可採用通信管道或架空方式，此時規定了傳輸線纜與其它線路其它線路其溝的最小間距和與其它線路共桿架設的最小垂直間距）。

從防雷角看，直埋敷設方式防雷效果最佳，架空線最容易遭受雷擊，並且破壞性大，波及範圍廣，為避免首尾端設備損壞，架空線傳輸時應在每一電桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線纜線路中的金屬管道均應接地。中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。

傳輸線埋地敷設並不能阻止雷擊設備的發生，大量的事實顯示，雷擊造成埋地線纜故障，大約占總故障的30%左右，即使雷擊比較遠的地方，也仍然會有部分雷電流流入電纜。所以採用帶禁止層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通。對防護電磁干擾和電磁感應非常有效，這主要是由於金屬管的禁止作用和雷電流的集膚效應。如電纜全程穿金屬管有困難時，可在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，但埋地長度不得小於15米，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。

終端設備的防雷

在CCTV系統中，監控室的防雷最為重要，應從直擊雷防護、雷電波侵入、等電位連線和電涌保護多方面進行。

監控室所在建築物應有防直擊雷的避雷針、避雷帶或避雷網。其防直擊雷措施應符合GB50057－94中有關直擊雷保護的規定。

進入監控室的各種金屬管線應接到防感應雷的接地裝置上。架空電纜線直接引入時，在入戶處應加裝避雷器，並將線纜金屬外護層及自承鋼索接到接地裝置上。

監控室內應設定一等電位連線母線（或金屬板），該等電位連線母線應與建築物防雷接地、PE線、設備保護地、防靜電地等連線到一起防止危險的電位差。各種電涌保護器（避雷器）的接地線應以最直和最短的距離與等電位連線母排進行電氣連線。

由於有80%雷擊高電位是從電源線侵入的，為保證設備安全，一般電源上應設定三級避雷保護。在視頻傳輸線、信號控制線，入侵報警信號線進入前端設備之前或進入中心控制台前應加裝相應的避雷保護器。

良好的接地是防雷中至關重要的一環。接地電阻值越小過電壓值越低。監控中心採用專用接地裝置時，其接地電阻不得大於4Ω。採用綜合接地網時，其接地電阻不得大於1Ω。

知名品牌

國內知名防雷保護器品牌有：雷科星，OBO，雷爾盾、天盾雷電。