【原创】安防防雷，变成引雷不设防[分析补充9月09日]

eie1992

        据说，传染了艾滋病，会使人体丧失了免疫能力。“专业防雷”做的安防防雷，不仅把防雷变成引雷，还使安防系统丧失了对地电位浪涌和干扰的“免疫能力”。安防系统防雷设施，变成了引雷设施，防雷接地网络，变成了地电位入侵安防系统的“方便之门”。

请看下文。这里欢迎任何技术质疑与分析。

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。

    九十年代的一般安防工程，很少考虑防雷和强调接地问题，实际工程也很少出现雷击事件和系统安全问题；

        2000年以后，“专业防雷”越来越多的进入安防市场，安防工程的防雷设计和产品，打着浓浓的“专业防雷”色彩，但是安防防雷系统被雷击的事件开始频发。值得深思的是：安装有防雷设备的安防工程，“雷击和系统安全案例”的比例，远远高于没有安装防雷的工程；同时，安防系统的“接地问题”也越来越多，越来越突出。近十年来，安防工程的设计、施工和维护，越来越多的关注着防雷与接地问题。

    经过近几年的工程跟踪，模拟实验，原理分析以及网上与“专业防雷”的探讨，我们越来越清楚的看到：某些“专业防雷”为安防工程设计的防雷与接地，存在着原理性错误，并严重威胁着安防系统自身的安全。

    为了叙述方便，本文把这种具有安全隐患的防雷与接地设计，简称为“雷人设计”，它来源于打着“专业防雷”旗号的一些“防雷厂家”， 在安防行业影响广泛而深远，问题很严重。

一、【安防工程防雷：“雷人设计”的技术要点】

1）防直击雷：室外摄像机立杆要避雷针化设计，金属立杆，上面安装避雷针，下面要做低电阻接地网；

2）防感应雷：室外摄像机输出端，要安装（他们的xx-2\3）三合一，二合一防雷器，接地端要用“**mm”的接地线连接接地网，接地电阻要小于4~10欧姆；指出：接地是为了“泄放雷电流”；

3）监控机房还有一套独立的“机房防雷与接地设计”，接地电阻要小于1欧姆，安防设备的供电，要采用三级防雷，UPS要防雷， 220VAC要做防雷，集中供电交流24V要做防雷，直流12V要做防雷，所有进入机房建筑物的信号线缆，都要加防雷器。

4）教导安防人：“接地才能泄放雷电流”，“防雷必须接地，不接地就不能防雷”，主张安防系统，哪里要防雷，那里就要接地，哪里安装防雷器，防雷器就要做接地——而且要做“专业接地”，于是，安防系统“被多点接地”；

5）混淆建筑物防雷，电网供电系统防雷与安防系统防雷的概念，“一锅煮”的介绍防雷与接地，什么防雷设施和设备都往安防系统里安放，把安防系统设计成一个布满防雷设施和设备、武装到牙齿的“防雷系统”。

二、【“雷人设计”，使安防系统丧失自身安全】

1）“摄像机立杆避雷针化设计”，立杆避雷针只要有一次雷电接闪，系统硬件设备必然大面积烧毁，专业防雷器也难以幸免，造成安防系统毁灭性瘫痪，这是给安防系统埋下的一颗“定时炸弹”；

2）人为制造安防系统的多点接地，为地电位入侵安防系统提供了可靠路径。不下雨，不打雷，同样发生系统硬件设备大面积烧毁、专业防雷器也无法幸免的安全事件，同样造成安防系统毁灭性瘫痪；多点接地是“雷人设计”给安防系统埋下的第二颗“定时炸弹”；

3）按“雷人设计”要求，安防工程的防雷投入，要远大于安防工程本身投入。有安防人士指出：100万的安防工程，“雷人设计”的典型防雷投入高达200万；他们正在努力把安防行业，开发成一个防雷产品的“肥肉市场”；

4）“雷人设计”，给安防系统带来重大安全隐患，使安防系统自身失去了安全，使“安防工程”变成了摆设。这是不是“耸人听闻”的描述？请冷静看看下面的技术分析。

(全文：1楼+2楼+4楼+6楼)

eie1992

0 _- J  _  t+ q3 y: i' D% L
- m7 r, s2 K$ @" x2 i4 k, h$ F9 x（续接1楼）
% X: U. C# w8 v3 X$ X4 s  X; C7 F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”。
- n* g1 P. U, L4 g    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”。
    避雷针有效提高了引雷概率和引雷效率，“雷人”把避雷针直接设计到了安防系统中，导致安防系统自毁，这是“雷人设计”所犯的第一个原理性低级错误，说明他们对安防系统，还是100%的“专业外行”；
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。
( z' N% K& ^" U7 U$ A3 c$ T3. 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。
    安防系统防感应雷，防雷器接地“泄放雷电流”，理论上没有依据，认识上是概念错误、实践上是安防系统的重大安全隐患。
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”；
: T! S5 U7 f1 @. D! v4）混淆浪涌与雷电感应：“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。
) u0 |) n3 ~/ g! v6 V0 a- T% t
3 |3 ~& ~3 b+ ?4 i四、【安防防雷安全设计技术要点与安全警示】（后文待续）
% a: M) q% D* ?, K( {% w. U

eie1992

, y6 a' l' R& Z- }9 x$ O
(接2楼)
4 m' }6 \* S5 Y- I四、【安防防雷安全设计技术要点与安全警示】
6 [3 F: o- M! k4 p* k1)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；
  f) ~: `, z- L. S7 z*“单点接地”还必须注意系统220VAC用电，也不能把“电网接地端”（指零线接地）引入安防系统；
*“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系统的路径，是有效防雷、防浪涌，防干扰的基本技术手段；
*安防系统“单点接地”不仅与防雷没有矛盾，而且也是安防系统防雷设计应遵循的基本理念和设计原则；
! n; D0 a5 Z1 u0 n8 {( h% q0 h*“单点接地”，也是检验和判断安防系统真假有效防雷设计的“试金石和分水岭”；
*“雷人设计”无视安防系统“单点接地”原则，制造“多点接地”，引入地电位杀手，结果是给安防系统埋下了“定时炸弹”；

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”；
  N8 T4 @* |' o* i1 ~/ p+ J$ W0 H4）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；
/ c. K/ X! C) j0 t( f& X8 d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；
  p; M& \/ T' g% O: `一个负责任的厂家，应该首先纠正自己过去做的“隐患防雷工程”。
（未完待续）

eie1992

(续接4楼)
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！
1 v2 J: t0 y: F" Z/ P: l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；
, ^8 p3 w3 H0 k, y$ ?/ l& ^/ ~: g6）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）。
' F' V  G. e6 K3 ?9 _3 b8 g7 B7）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”；
. I8 P# j( H9 G! x8）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”。
. g. g5 W0 k) r9 |5 z. D0 w10）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。
对于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。而安防系统中，各种监控设备的可靠性概率，电网停电、系统瘫痪概率，设备被盗概率，地质、风暴、或其他不可预测外因破坏概率，防雷设施和防雷器失效概率，甚至有报道宠物狗尿腐蚀损坏金属立杆底部概率等等，都要远远高于这个雷击概率。如果认为这种百年不遇的设备，也必须做防雷保护的话，那么，上述更高概率的导致系统瘫痪和失效因素，又该如何对待呢？
    安防工程一般属于低雷击概率，防雷安装几年还没遇到一次实际雷击，使防雷的有效性，很难在实践中得到验证，这既给“雷人”的错误遮了羞，又成了他们宣布“防雷有效”的“依据”；
    感谢“雷人”的“多点接地错误”， 高发生概率的地电位环路使它的防雷系统问题百出，从 “遇到地电位干扰后，撤掉防雷器，干扰就消失了”的案例，从频发的不打雷（地电位）烧毁防雷器案例，再到监控工程安装防雷后雷击概率大增的现实教训，安防人终于醒了。
    21世纪未来10年，应该是安防行业“防雷醒悟并走向科学防雷的年代”。
2011.6.8
               (全文完)
: e  l; v. Z2 E4 O) b
% H& T) {2 E  D8 c

eie1992

) a1 C# V3 l: `  g$ K3 \
思考：
) B  d' {! F  t8 u# R# b1）安防工程，您做过的防雷，有没有不是这类“雷人设计”方案的？
8 ^  F2 P8 ]! p2 i" N, Y. a2 ~2）您是安防工程商，如果有人给您的监控系统，安装这类防雷系统，您有何感想？
8 G  d2 t  |, V% T+ {3）您是安防器材供应商，您的产品用于这类安防防雷系统，设备烧了让你保修，你有何感想？
4）您是防雷产品或防雷工程商，您是否给安防工程做过这类“雷人设计”？您对本文有任何异议，都欢迎在这里做技术质疑、探讨或批判；
, ?7 R9 \; y$ {( L

eie1992

, U  I  H- \( F" m$ D, x+ q

“立杆避雷针化”的图解(下图)

4 |9 O$ h% o0 J% w) \

【解读】

1）在安防行业广泛宣传的设计是：

“前端设备如摄像头应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。当摄像机独立架设时，原则上为了防止避雷针及引下线上的暂态高电位，避雷针最好距摄像机3－4米的距离。如有困难避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身或选用Φ 8的镀锌圆钢。”

2）立杆避雷针接闪时，放电电流超过100KA,立杆接地电阻4~10欧姆，立杆上形成Uo=100 KA*10欧姆=1000KV;

3）空气击穿强度是30KV/cm，1000KV的击穿距离是33.3cm;阴雨天气达到一米以上；摄像机、防雷器有多大尺寸而不会被击穿击毁？那些所为开关型、限压型防雷器，在这个雷电压下怎么工作？只有一个结果——烧毁。

4）这个雷电压Uo，可以击穿摄像机线路板绝缘，击穿视频线绝缘层，击穿控制解码器，也可以轻易击穿摄像机电源适配器（有人叫“变压器”），造成视频线、控制线、电源线全部带上Uo高电压，并把这个电压送给系统主机，殃及全系统的安全；

5）谁能分析出，不是这种结果？

eie1992

问题是：多少年来，哪些充斥安防工程的防雷设计和产品，到底是真科学还是伪科学？
+ b4 G0 p' U: P2 \: c( w欢迎审查主题帖的分析，哪一点不符合实际，不科学，尽可在这里讨论。

eie1992

出于压缩篇幅考虑，老竹的原文“分析”，只能是技术要点。
为了帮助大家理解，我将在这里陆续发一些解释性帖子，欢迎关注。

eie1992

不要迷信“专家”、“权威”，实践是检验真理的唯一标准。
: ]/ _" ^- J9 E我很希望哪些“专业防雷”，“防雷专家”或“防雷权威”们，作出解释，说明这不是原理性低级错误。
1 j0 X+ a! X, [$ C. h受骗上当，是暂时的，不会永远受骗上当。
( y- M3 {& ]. }. A/ P那些典型雷人设计的“防雷工程”，也是他们给自己写下的“光彩历史”。

eie1992

1 O  _. ^/ [3 _; U- S

等效立杆避雷针实验：

目的：验证立杆避雷针的危害。

' }) c  t/ @9 V7 v& x

【说明】：

1）75-5视频线长200~300米；A端BNC接摄像机, B端BNC接监视器；

2）Uo是模拟立杆避雷针接闪时的雷电压（对地），上端接摄像机（BNC）外壳,下端接地（信号地），监视器外壳接信号地。

3）Uo是雷电压模拟，如下图：

【实验】

1）自耦变压器从0电压开始，向上慢慢调整；

2）观察图像：从出现轻微横杠干扰，到横杠加重，到图像扭曲……

3）注意：千万不要调的太高以免烧毁设备；

【实验可以反映哪些现象？】

1）模拟干扰；

2）模拟了地电位环路影响原理；

3）模拟摄像机立杆接地的地电位环路影响原理；

4）模拟立杆避雷针接闪雷电压影响原理：自耦变压器最高可以调到250VAC(有效值)，恐怕用不了调到200伏，摄像机和监视器就报销了。当然这个实验是模拟基本原理，让你了解“立杆避雷针接闪雷电压”，是怎么进入系统，并威胁系统安全的。所以，请不要把电压调到“烧毁设备”；

5）“立杆避雷针接闪雷电压” Uo超过100万伏，把这种设计用于安防工程，显然这是原理性的低级错误。不信你就先把模拟电压调到最高250V试试,看看有什么结果，就知道100万伏的必然结果了。

    “原理性的低级错误”不需实验，如果有人提出“高层楼房火灾逃生办法是：跳楼。”这类“原理性的低级错误”只能由设计者自己来试验，常人不需要验证。