2010与防雷厂家探讨安防系统防雷与接地问题

eie1992 · 发表于 2010-2-6 23:13:32

“监控系统的接地与防雷接地2009思考2” 帖子，发表于 2009-3-12 07:11
原帖在：http://bbs.cps.com.cn/frame.php?frameon=yes&referer=http%3A//bbs.cps.com.cn/
cnsh1315是防雷厂家，能在这里认真坦诚的探讨，十分感谢。要知道，他是第一个来这里探讨的防雷厂家，一年来，网友多次呼吁厂家来共同探讨，可惜没有响应的厂家。所以他能这么认真来探讨，不仅是我，安防人都会欢迎的。因2009原贴太长，也为了便于大家关注和参与，特发此贴进行专贴探讨。我把cnsh1315在原贴里发表的帖子先引过来，以便在这里有一个比较完整的了解。

网友cnsh1315，2010-1-29 12:25 在原贴中发帖：
终于找到这个帖子了。以下跟LZ探讨几个问题
1、关于地环路：严重同意，特别对于同一个铁塔上安装了几台摄像机的情况下，一定要先找一个点，把各台摄像机及SPD的接地都接到一起，然后统一往基座的接地点上做引下线，防雷角度也是要尽量避免环路的，特别是距离较近的情况，大地可视为导体（建筑物框架形成的法拉第笼是另一个概念，在此不适用就不多说了）；
2、关于接地：基座以下的接地装置可以是多点联合接地以降低接地电阻，但一定要汇总到一点，引下线就连这个点，对摄像机等设备而言就是单点接地；
3、有避雷短针的情况：直击雷引下线也会造成二次感应，尽量避免与信号/电源线路平行，尽量拉开距离，如果用空心立杆做引下就尽量在立杆内中间位置布信号线（这个施工中或许有点难度），信号电源线外加屏蔽绝缘套管；
4、对SPD选择：有些SPD厂家为了降低成本，直接把皮线或者控制/电源双绞线的某一线当成地线，因此选用SPD的时候一定要小心，最简单的方法是用万用表量测输入/输出端口的每一线与SPD接地线的关系，如果有导通的，不能用；
5、对SPD接地线的处理：千万不要把SPD接地线跟其他线混在一起走，还是二次感应问题，走在一起就真的引雷了。
6、摄像机外壳接地：接到SPD接地端或者箱子/护罩的接地点，独立引下，尽量不要与避雷短针混合引下。
相对而言，用光纤传输、本地取电的情况比较好处理，每个摄像点可以看成独立的，如果是一个小区或者工厂用同轴线双绞线传输的，从防雷角度而言距离稍微大点也能看成是独立的，但是摄像系统或许还有抗干扰的要求，摄像机外壳接地倒真的是个隐患，如果存在LZ说的问题，那只能考虑在SPD上增加一个摄像机外壳接点，与线路、PE都做到工频隔离。这个解决方法不难，MS提出问题的人少，因此目前的三合一产品都不具备此功能。
此外，对LZ的关于接地的理解稍稍有点异议。
对于某一个局部，如果定义某个接点为接地点，那么这个局部内的设备需要接地的都应该接到这个点，通过这个点来与大地相连，而物理意义上的“接地”只能是埋入地下与土壤有接触的部分。我个人认为局部的所谓“接地点”如果用“等电位连接点”来描述或许更精准，但是现在大家都用“接地”，有时就很容易混淆。
就好比你在家打电话到美国或者其他地方，路由对你是透明的，对你而言物理接入点永远是你家电话号码前几位代表的交换机，而不是别的，所以你不会认为你家电话可以直接物理连接到任何一台交换机。

………………………………
eie1992回帖2010-1-29 18:45
SPD——在安防行业是指什么产品或设备？
1.“对于同一个铁塔上安装了几台摄像机的情况下，一定要先找一个点，把各台摄像机及SPD的接地都接到一起，然后统一往基座的接地点上做引下线”；第6点“摄像机外壳接地”；
——“摄像机外壳接地”，就是前端视频信号地“接地”；铁塔上的摄像机一起接一个地，也是前端视频信号地“接地”；主机还要安全接大地；作为监控系统整体来看来看，这不就是多点接地吗？主题贴里说的就是这个问题。
2.“此外，对LZ的关于接地的理解稍稍有点异议。
对于某一个局部，如果定义某个接点为接地点，那么这个局部内的设备需要接地的都应该接到这个点，通过这个点来与大地相连，而物理意义上的“接地”只能是埋入地下与土壤有接触的部分。我个人认为局部的所谓“接地点”如果用“等电位连接点”来描述或许更精准，但是现在大家都用“接地”，有时就很容易混淆。”
——作为监控系统整体来看来看，范围很大，“等电位连接点”在哪里？所谓“某一个局部”是指系统的什么部分？
我看来看去，好像还是主张系统多点接地，是不是这样？

本贴及下面补充跟帖内容可以转载，请注明出处，但不要以自己“原创”名义发表。

[ 本帖最后由 eie1992 于 2010-2-7 11:33 编辑 ]

eie1992 · 发表于 2010-2-6 23:24:37

cnsh1315跟帖2010-2-1 13:40
1、SPD：surge protective device，就是我们所说的避雷器、防雷器、电涌保护器；
2、如果把前端接地和后端接地看成一个整体，的确是多点接地，这个是技术瓶颈，目前只有“防雷”技术，没有太好的“消雷”技术，不接地是无法达成防雷效果的。
3、局部等电位：举例来说，一个摄像机+护罩的局部中，定义护罩上的某个螺钉为局部等电位点，那么摄像机的接地线、镜头的接地线（举例而已，不是说镜头就一定要接地，看设备要求）都要连到这个螺钉上，而对于整个立杆来说，摄像机+护罩的这个局部就要连到立杆上定义的等电位点，也就是某个立杆基座螺钉，那么护罩上的螺钉所连出的接地线就要接到基座的这个螺钉上。
我的意见是，局部小范围尽量避免环路，广域上的确无法避免多点接地的现象。
不是我鼓吹多点接地，而是没有更好的办法。
………………………………………………………………
eie1992回帖2010-2-5 12:26
我十分赞赏楼上观点明确、坦诚的探讨。作为防雷产品厂家，能来参与讨论，你还是第一个，谢谢你。这里我先提几个问题，供思考：
1）“不接地是无法达成防雷效果的。”——逆定理“防雷一定要接地”是不是成立？防雷设施都有一定的保护范围，被保护对象是不是也必须接地？
2）局部接地，但弱电系统还是多点接地，有没有风险和问题？
3）摄像机机壳接立杆，立杆加装避雷针和接地体，是防雷还是引雷？摄像机能否安装在避雷针铁塔和立柱上，机壳和接地线连接在一起？
4）“多点接地，这个是技术瓶颈”——为什么会有这个“瓶颈”？有没有技术出路？

eie1992 · 发表于 2010-2-6 23:26:20

我们来分析一下你下面这个观点：
【如果把前端接地和后端接地看成一个整体，的确是多点接地，这个是技术瓶颈，目前只有“防雷”技术，没有太好的“消雷”技术，不接地是无法达成防雷效果的。】
1）       安防系统所说的“多点接地”，是从系统整体来说的。系统应该“单点接地”，基本已成为安防工程的共识了。我的观点是：系统单点接地应该是安防系统设计和施工的基本原则，单点接地点应该是主机这点接大地：一是安全操作的必须，二是泄放系统静电；
2）       “如果把前端接地和后端接地看成一个整体，的确是多点接地，这个是技术瓶颈”——多年来，许多防雷宣传一直是把“接地防雷”，教条的应用到安防系统。主张在安防系统中到处做接地防雷，把一个安防弱电系统，做成了一个“避雷系统”，至于安防系统的性能、功能，甚至于系统“死活”全然不顾。多年来这类宣传很广，影响很大，后果很严重。多点接地造成地电位环路干扰的工程实例枚不胜举，多点接地引入的地环路电压，烧毁摄像机，采集卡，抗干扰器，甚至烧毁“防雷器”的工程实例，曝光也很多；其实这里并没有什么“技术瓶颈”，如果死抱着“只有多点接地才能防雷”的观念，那这永远是解决不了的“技术瓶颈”；系统单点接地，是简单实用的工程实践经验，也是解决“技术瓶颈”的技术出路；
3）       “目前只有“防雷”技术，没有太好的“消雷”技术，不接地是无法达成防雷效果的”——这个观点表达的十分清楚了，只有了解了你的想法来源，才好和你共同进行技术分析与探讨。
1.“不接地是无法达成防雷效果的”这个观点是对的，避雷针，建筑物防避雷系统，电力防避雷系统等等，都是接地的，所以才都有防雷效果。但是不能错误的使用逆定理：不接地就不能防雷。楼内的人，各类设备也需要上面接避雷针，下面接地防雷吗？雷雨天人在室外走，是不是也需要头顶避雷针，脚上挷一个“接地线”才更安全？为什么没有这么做的呢？因为避雷系统有一个安全保护范围，在保护范围内“楼内的人，各类设备”，不用接地，照样有“防雷效果”，这是常识。安防弱电系统，照样应该、也可以在避雷系统保护下安全运行。这里应该没有什么“技术瓶颈”问题。所谓“不接地是无法达成防雷效果的”这句话，应该是有条件的。
2.关于“目前只有“防雷”技术，没有太好的“消雷”技术”，我不知道你对“防雷”与“消雷”概念是如何理解的，好在这不太重要。我们都是谈具体问题，是工程实际问题。我们都知道：安防系统既然是一个具体的、专业的、功能化的弱电系统，也可以用防避雷设备来保护它的安全运行。而不是把一个安防弱电系统本身，做成一个防避雷系统。让一个人头顶避雷针，脚挷接地线的做法，显然是没道理的；如，室外摄像机立杆，是安装摄像机用的，你介绍的做法是：摄像机机壳接金属立杆，立杆下端做等电位接大地——我看这是引雷，说句不中听的话：这是“找死”，是要引导带电云层通过摄像机-立杆-到大地放电，可以吗？不可以！如果用避雷针来有效保护摄像机安全运行，并不需要摄像机直接“接大地避雷”。行业设计施工规范，也明确规定了“摄像机要远离避雷针”。这就是说：安防弱电系统的设计施工，应该也可以在防避雷系统保护下，安全运行的。我分析，在安防弱电系统中，这种强行安装避雷针和接地线的宣传和做法，给安防系统的运行，人为地造成了重大安全隐患，是安防系统防雷设计的严重错误。

[ 本帖最后由 eie1992 于 2010-2-6 23:30 编辑 ]

eie1992 · 发表于 2010-2-6 23:34:31

关于【多点接地的“地电位环路”问题】
      摄像机A机壳接大地，主机机壳也接大地，两点距离较远，两点的地电位不相等。摄像机机壳就是“视频信号地”，主机机壳也是“视频信号地”，摄像机“视频信号地”，通过视频线屏蔽层与主机连接，这时，两点的地电位差，就加在了视频线屏蔽层两端，两个视频信号地不再相等，串进了一个交流地电位信号，主机75欧姆负载上收到的信号，是“视频信号”加“交流地电位信号”，这是两个信号。显然，“交流地电位信号”是我们不需要的干扰信号。
问题是这个“交流地电位干扰信号”有多大？是什么性质的信号？举例说：电网中一台3相380伏电机，零线接电机壳，机壳接大地。电网3相电运行平衡，零线电流为零，不会引起地电位变化。但是当电网运行不平衡时（3相负载不平衡），零线电流不为零了，零线上有了电压，零线也是从变电站变压器引过来的，这样，变压器的零线地与电机零线地之间就不等电位了。假如在这个电机接地点上，安装了一个接地摄像机，那么这点视频信号的地电位，也就同时跟着该点地电位起伏变化，而主机端接地点地电位，没有变化，于是视频线两端就产生了地电位差，并进入了视频系统；如还不太清楚，自己画一个等效电路就明白了。
      地电位是怎么变化的呢？电网运行，不平衡是绝对的，平衡是相对的，正常情况下，地电位差波动幅度应该不太大。所以干扰有时“没有”，有时有也不太大。但是，电网用电负载运行是变化的，有时开机，有时关机，都会影响到电网运行的平衡状态，引起地电位差波动，当波动较大时，由地环路引入视频系统的地电位差也会比较大，就使主机看到了“横向水波纹干扰”上下漂移，再大一点会引起图像扭曲，DVR上视频信号“丢失”；更严重的情况是：当电网发生断线，短路，缺相，或者电机发生“碰壳”故障——即线电压碰到电机壳，这时接电机壳大地点的“地电位”就会突变到几十到几百伏，这时两点视频线两端，也就引入了无法承受的“电压”，它可以瞬间烧毁摄像机，采集卡，主机设备，抗干扰器，甚至防雷器也不能幸免。实际工程情况要复杂得多，但原理一样的。
      再看室外立杆摄像机接避雷针和接大地问题：雷电来了，通过这个立杆放电，立杆点的地电位，瞬间会高的可怕，因为摄像机机壳也“可靠地接了大地”，所以视频线这一端的“视频信号地”，也跟着飙升，与远端主机的接地点之间，形成更可怕的地电位电压差，这时我们“看不到干扰了”，在我们还没有反应过来的时候，设备报销了，这就是引雷的结果。这也是多个局部的所谓“接地点”，人为制造的“地环路”，带来的重大安全隐患。
      所以我一再呼吁：多点接地是安防系统重大安全隐患。

【系统单点接地怎么防雷？】
我的观点是：
1）       建筑物的防雷和避雷，建筑物电力系统的防雷和避雷，都是建筑物统一设计施工的，都有安全标准和完工验收标准。楼内入住的人员，常用设备，都可以在它们的有效保护之下安全运行，包括在他们有效保护范围之内的安防系统的安全运行。所以建筑物避雷接闪问题和电力电源取电中的雷电感应浪涌问题，都应视为已达到并附和安全标准要求。安防工程设计时，应该考察甲方建筑物和供电系统的防雷避雷系统的验收报告，了解有效防护范围，明确这些防雷责任在甲方；
2）       室外摄像机（包括立杆）和系统其他弱电设备，也都应在避雷（针）设施有效保护范围内工作，摄像机要和大地绝缘，摄像机应远离避雷针安装，摄像机立杆也没有必要模仿避雷针做复杂的接地体；系统主机设备机壳相连，一点接大地（安全地，泄放系统静电）；
3）       雷电，更确切说“闪电”产生的电磁脉冲，是高压窄脉冲，频谱很宽，高达几百兆以上，它会以电磁感应方式，在金属物体上产生感应电动势和感应电流。任何引线，视频线，控制线，电源线，避雷铁塔，金属立柱等，这时都变成了“接收天线”，包括防避雷设施的接地引线和装置，这时也失去了“接地意义”，也变为有效的“接收天线”。安防弱电系统真正意义的防雷，应该是针对这类“电磁感应”来考虑。这类防雷技术已经比较成熟，有现成的带有防雷接口的弱电产品，有专门的弱电系统防雷器产品等可以选用。
值得注意的是，有的防雷产品，画蛇添足，增加了“接地防雷功能”，结果变成了引雷和制造地环路的产品。论坛里曝光的“把防雷器拆掉，干扰就没有了”，“摄像机和防雷器一起烧了”的案例也不少，值得我们借鉴。
4）       用避雷（针）设施保护安防系统设备运行，用弱电防雷器抑制雷电感应，用主机一点接地，泄放系统静电，并确保操作人员的安全，这就是我对“安防系统防雷与接地”的理解；
2010.2.（本贴完）

[ 本帖最后由 eie1992 于 2010-2-6 23:42 编辑 ]

eie1992 · 发表于 2010-2-7 10:58:56

室外摄像机立杆：
1)摄像机安装在避雷针塔架上，包括把摄像机立杆做成避雷针的一体化安装模式：带电云层通过避雷针放电，形成高压大电流，高压地电位，在地层中扩散、递减；这种情况下，摄像机外壳及视频、电源、控制线，都要与接地塔架保持高强度绝缘和屏蔽；技术难度很大，工程成本很高；

2)摄像机安装在独立的立杆上：立杆和摄像机要安装在避雷针保护范围之内，并尽可能远离避雷针。这时，立杆上端不用做避雷针，下端也不用做复杂的接地体，但摄像机外壳及视频、电源、控制线，只需要与金属立杆保持普通绝缘，屏蔽一般也不用做；

3)两种情况下，都可以选用弱电信号避雷器，或具有避雷电感应接口的传输产品；

[ 本帖最后由 eie1992 于 2010-2-7 22:49 编辑 ]

eie1992 · 发表于 2010-2-7 11:27:36

了解地电位环路形成原理
1.两端接地构成地环路，地电位电压直接加在视频线屏蔽层两端，形成地环路干扰；
2.切断摄像机接地线，就切断了地环路，避免了地环路干扰。加光电隔离或改用光缆传输，也可以消除地环路干扰，但是不能消除摄像机立杆接地的“引雷”后果。
3.多点接地，是人为制造地环路，然后再添加隔离设备，自找麻烦，把简单问题复杂化了；这是人为的给视频传输增加负担和风险；所谓接地防雷和防干扰的宣传，是一种误导；

[ 本帖最后由 eie1992 于 2010-2-7 11:34 编辑 ]

eie1992 · 发表于 2010-2-8 23:12:23

为什么说摄像机接地不是防雷，是引雷？
“不接地是无法达成防雷效果的”。所以室外摄像机要防雷，就必须把摄像机壳接金属立柱，立柱上面接避雷针，下面与接地体可靠连接——这是防雷吗？这能防雷吗？让我们分析一下：
【雷电的发生】
带电云层与地面静电感应的异性电荷，形成静电场，异性相吸的电场作用下，带电云层向地面运动，带电云层与地面的距离越近，电场强度越高，当电场强度高到使空气电离后，便出现快速放电现象——形成闪电和雷声。地面突出物体与带电云层距离最近，电强度也最高，也是最先、最容易发生放电的地方，常见的树木被雷劈，高楼被雷击等现象就是这样发生的；
【避雷原理】
避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体；接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。以避雷针作为接闪器的防雷电原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，云层电荷随之泻入大地，变为中型云层，提前消除了“闪电”发生，达到避雷效果。从这个意义上说，避雷针是引雷针，是消雷器，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。通俗的解释就是：避雷针的作用像雨伞为人们遮雨一样，覆盖着它一定范围内的建筑设施，一旦有雷电进入到了这个伞状的范围，雷电就会被避雷针吸引过来，再通过本体泄人大地，从而使伞状以下的建筑不被雷击。
【室外摄像机接地防雷？】
“室外摄像机要防雷，就必须把摄像机壳接金属立柱，立柱上面接避雷针，下面与接地体可靠连接”——和上面避雷针原理一样，这也是引雷。把带电云层引来并提前放电，将雷电电流通过立柱的接地导体传向地面。
注意：避雷针是以这个“引雷原理”，保护了它下面与它绝缘的建筑物和设备；而我们这种摄像机立柱“避雷针”保护什么呢？本意是保护摄像机，但却把摄像机放在了“雷电电流的放电通道” 里面，让千、万安培的电流流过摄像机，这是其一；其二，摄像机外壳通过视频线与系统主机和所有设备相连。我们都可以想象到：避雷针放电时，它欧姆级的接地电阻和千、万安培的电流，可以使避雷针体和摄像机外壳的电位，瞬间由地电位升高到千、万伏的高压。也就是说，这时视频线两端的电位差，也是这个高压，把高压通过电缆引到系统所有点上，后果还用进一步说么？？？这等于把楼顶避雷针用一根导线，连到你楼内电脑（主机）的机壳上一样吧，不怕死你就试试。
所以说，安防规范规定摄像机要远离避雷针，系统接地线也要远离建筑物接地线。
前面介绍过，摄像机与避雷针一体化安装时，要使摄像机与避雷针高强度绝缘，包括雨天，恐怕难度不少吧。2010.2.8.

eie1992 · 发表于 2010-2-9 22:35:25

我十分赞成“我们一点一点来探讨”。我们先以室外空旷地的立杆摄相机为例，我对你的“防雷的基本理念”在具体工程应用上的理解是这样的：
摄像机金属立杆，“既然分不开，那就只能彻底合并，让被保护设备、防雷器、立杆。。。等等等等一切的一切尽可能保证等电位，这些设备、金属结构之间的电流才能变得最小，电位差最小，可能损害设备的能量也减到最小，大部分能量通过引下线（包括立杆）导入大地”。

这就是说：立杆上端应加装避雷针，下端应做接地体，摄像机用金属支架固定在金属立杆上。这样，摄像机和立杆就是一个等电位体了。进一步说：这时摄像机的电位就能和立杆电位，始终相等，一起变化了。这个概念我们没有理解错吧？！——再进一步说，为了保护摄像机，可以就应该把摄像机直接安装在避雷针塔柱上，并保持摄像机外壳与避雷针塔柱直接电气连接，二者始终保持等电位，摄像机也具备了防雷接地性能。
这应该是你 “防雷的基本理念” 所述的情况之一吧。请你确认或更正。

eie1992 · 发表于 2010-2-10 20:41:26

【图解你的避雷系统结构】
1）摄像机用金属支架固定在金属立杆避雷针结构上，这样，摄像机和立杆就是一个等电位体了。远端主机接大地。前端摄像机与主机有视频电缆连接。
2）当引雷放电时，放电电流主要通过接地电阻很小的“立杆避雷针”导入大地（放电电流A）；放电电流B是通过摄像机—视频电缆—主机—大地的路径，泄放雷电电流；由于这路电阻很大，电流B远远少于电流A,;
3）在摄像机输出端和主机输入端加防雷器，限制电压和电流；
4）这类结构设计客观存在着“地环路”；
与图一所示。

eie1992 · 发表于 2010-2-10 20:43:37

【图解你的避雷系统结构等效电路】
如图二所示：
1）假设主机接地点B没有接雷，地电位为零；放电电流B也为零；
2）立杆避雷针处于接雷状态，巨大的放电电流，使大地A点电位突变——相对于大地出现一个 “雷电压”；接地电阻假定为1欧姆，电流假定为10KA，这个“雷电压”会有多高？
3）雷电压直接引入视频传输通道，加在视频线两端；
4）靠两个“避雷器”来抑制“雷电压”对摄像机和主机的威胁；还要抑制平时电网故障引起的地电位环路威胁，它虽然没有雷电压高，但持续时间很长（排除电网故障时间）；

[ 本帖最后由 eie1992 于 2010-2-10 20:51 编辑 ]

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