【技术讨论】安防防雷3：防感应雷—接地防雷器—系统安全

eie1992 · 发表于 2011-12-5 18:10:45

本帖最后由 eie1992 于 2012-1-6 21:07 编辑

关于“电磁感应”过电压、过电流的理论认识
1）闪电伴随有强大的电磁辐射，会在线缆上形成感应电动势，专业防雷称为“感应过电流过电压”；
2）使用“接地防雷器”，“ 向大地泄放雷电流”，说明“专业防雷”认定线缆上这个“感应电动势”性质，是一端接大地一端接线缆的对地“电压”，见示意图3-1。

因此他们在安防系统极力推广的防感应雷应用设计是：
**所有传输线路的两端均应安装相应的防雷器。
**所有的防雷器应可靠接地！
**宣传语是：“接地泄放雷电流”，“防雷必须接地，不接地就不能防雷”。
为了叙述方便，下面我们把上述这种认识，简称为“电磁感应说”。
【“电磁感应说”理论认识上的基本概念错误】
1）经典电磁场理论告诉我们，雷电产生电磁辐射，形成空间电磁场，也就是常说的空间电磁波，可以在金属导体上产生交变感应电动势。监控传输线缆的“天线效应”，可以接收到“雷电感应电动势”，性质同样属于高频交变电压，而不是单极性电荷；感应电动势形成的位置，是等效在线缆中间，而绝对不是等效在线缆和大地之间；如图3-2所示：孤立架空线，接地架空线，金属立杆和垂直接地线上，都有雷电感应电动势（过电压）。本质上这与常说的空间“电磁干扰”形成原理是一样的，这里可以称为“雷电干扰”。只是这种“雷电干扰”幅度、强度比普通电磁干扰更大而已。

雷电感应，可以是来自云地放电的电磁辐射，如通过避雷针、大树或地面其他物体放电辐射，也可以是来自空中云际间的放电辐射。
2）线缆上的电磁感应电动势（过电压）形成位置，与大地无关，线缆两端用于泄放雷电流的“接地线”上，同样也会接收到“雷电感应电动势”，所谓“接地泄放雷电流”，不仅传输线缆上的“过电压”不能泄放掉，而且又增加了两端接地线上的“过电压”，这又能用什么办法来接地泄放呢？几年来在中安网和千*网安防论坛里，对此质疑，那些极力主张“接地泄放”的专业防雷们，一直保持回避和沉默态度。实际上接地只会加强“雷电过电压”；
下图3-3例举：用独立避雷针防直击雷，保护室外立杆摄像机案例示意图。避雷针接闪时几十到几百千安放电电流，产生交变电磁场（虚线表示）；被避雷针保护的立杆摄像机输出端，安装有接地防雷器，防雷器的接地线与避雷针近距离平行设置，形成有效地电磁耦合关系，在垂直接地线上形成雷电感应电动势Ud，Ud与放电管串联，并没有加在放电管两端，如何向大地泄放？这个现实问题，“专业防雷”未敢正视，更没见过解释。

大楼内部的监控线缆，距离建筑物防直击雷下引线距离很近、平行，包括安装的接地防雷器接地线，都会有雷电感应“过电压”；

3）对以水平走线为主的传输线，线缆感应电动势U,如下图3-4所示，实际等效位置在线缆上，与大地无关。在线缆一端安装接地防雷器，感应电动势U没有加在放电管两端，不能构成放电通路；而“专业防雷”却天真的认为这样设计，就能把线缆上的“过电压、过电流”向大地泄放；

4）只有当线缆两端，同时安装接地防雷器（或远端也有接大地点）时，才可能构成放电回路，感应电动势U才能加在两个放电管两端。不过，这时传输线路和“大地”都进入了放电回路中，几十米，几百米，甚至上千米的传输线，将严重影响雷电流泄放的时间常数，显然这又是专业防雷“故意忽视”的，见图3-5；

eie1992 · 发表于 2011-12-5 18:20:51

本帖最后由 eie1992 于 2012-1-6 21:11 编辑

5）以视频线接地防雷器为例，视频线两端安装“开关型防雷接地元件”，假定开关导通电压为15伏；对雷电感应电动势，回路中有传输线上的感应电动势Uo，还有两端接地线上的U1和U2；每一个感应电动势都要通过视频线、两端接地线和大地这个大回路泄放，见图3-6。这么长的放电回路，哪家的专业防雷器能做到有效、快速“泄放雷电流”呢？

6）对高频感应电动势来说，实际视频线，接地线，都有不可忽视的直流电阻、高频电感和分布电容，我们用Z1，Z2,Z0表示每条线路的的阻抗，如图3-7.任何一个高频感应电动势放电，考虑到这些阻抗影响后，放电时常数必然很大。频域分析概念是：雷电感应窄脉冲，有着丰富的高频分量，每条线路的阻抗很高，极大地限制了放电电流，大电流泄放的愿望，无法实现；暂态时域分析概念是：较大的放电时常数，使线缆过电压的放电持续时间大大延长，远大于雷电脉冲宽度；

“限制了放电电流，延长了放电时间”，使那些几千安的“纳秒级”防雷器，失去实际意义。

7）不要忘记：雷电感应电动势形成在视频线屏蔽层上，而两端的视频线屏蔽层，都通过75欧姆匹配电阻，与芯线构成闭合回路，每个感应电动势（Uo，U1，U2）都可以在负载上形成暂态过电压，接地防雷的设计和应用，显然，不能有效消除雷电感应对设备的安全威胁；

【评】“电磁感应说”把雷电感应电动势，不容置疑的认为是“对地电压”，并设计接地防雷器向大地泄放，这是违背交变电磁场经典理论的基本概念错误。而防雷器接地，不仅达不到有效泄放雷电流的目的，在防雷器接地线上又引入了附加雷电感应电动势，进一步加强了雷电“过电压，过电流”，造成了更大的雷电危害。

接地防雷器引入地电位原理：

1）以视频防雷器为例，图3-8.主机接大地B，摄像机输出端安装了一个限压型接地防雷器，接地点为A,假定A点为高电位VA，防雷器限压值为±15V，B点地电位VB=0；

2）使用常态接地的防雷器：防雷器把摄像机直接接地，这就制造了安防系统多点接地，形成系统多个地电位环路。当任何一个地环路出现地电位差，轻则造成视频干扰，重则瞬间烧毁设备；地电位差可以是几伏，几十、几百伏，甚至更大。高电压可以瞬间成批损毁设备，包括烧毁防雷器，这就是不打雷也会烧毁设备和防雷器的真实原因。防雷器直接接地，是直接引入地电位，威胁整个安防系统设备安全。

3）使用常态不接地防雷器：通过开关元件或限压元件接大地，如图14，当地电位差低于±15V时，防雷元件开路，当地电位差超过±15V数值后，防雷元件导通短路，把地电位引导到摄像机上，同样形成事实上的多点接地；不管是电网地电位触发的持续性地电位，还是闪电触发的瞬态地电位，对安防系统来说，都是毁灭性的安全隐患。

4）为什么地电位会烧毁防雷器？

按照专业设计意图考虑，假定雷电过电压折算为1KV/10μs方波脉冲，接地电阻为4欧姆，理想脉冲放电电流为250A（忽略线路影响）：

脉冲功率为：P=1000V*250A=250KW；

平均功率为：P=250*103W*10/106=2500/103=2.5W;

假定电网地电位是100V,电流为100V/4Ω=25A, 功率为：P=100V*25A=2500W,是上面雷电过电压功率的1000倍；所以烧毁防雷器轻而易举。常规视频输入输出电路耐压一般都在10~30V以下，地电位电压足以瞬间烧毁视频设备。

5）“专业防雷”做的安防防雷，主张多点接地，接地引来地电位，把地电位和雷电感应混为一谈，一律划归“感应雷”，断定是对地电压，用接地防雷器向大地泄放；这是专业防雷们所走的错误路线。这是原理性设计错误，它给安防系统制造了重大安全隐患。

（关于地电位的形成分析，后面有专题叙述）。

【结论认识】专业防雷对地电位缺乏起码的认识，混淆地电位与雷电感应的基本概念，用接地防雷器“泄放雷电流”，理论上没有依据，认识上是概念错误、应用上没有实效，实践上是敞开大门把地电位引入安防系统，安防系统自身和防雷都将自毁于人为引入的地电位。

【附加说明】本文所指的“接地防雷器”，是指用于安防系统的接地防雷器或接地浪涌保护器，所说安防系统不能使用接地防雷器，可以延伸到区域性弱电系统，但是不包括在电网、强电系统防雷使用接地防雷器。

eie1992 · 发表于 2011-12-6 10:31:08

本帖最后由 eie1992 于 2011-12-6 10:31 编辑

安防工程防感应雷，都是听厂家说要用“信号防雷器”，“三合一防雷器”，“二合一防雷器”，并强调要做好防雷器接地。
本贴建议您问一下厂家：
1）       雷电感应电动势信号和大地有关么？
2）       接地线上的感应电动势怎么办？
3）       地电位触发或者烧毁防雷器问题怎么考虑的？
4）       使用你们的接地防雷器，会不会造成系统安全隐患？

eie1992 · 发表于 2011-12-6 20:53:45

本帖最后由 eie1992 于 2011-12-6 20:54 编辑

好了，2楼的图片发上来了。

eie1992 · 发表于 2011-12-10 12:46:29

本帖最后由 eie1992 于 2011-12-10 12:48 编辑

工程案例分析：; {2 p, F; W( r# v; k+ Z; c
案例1：快球控制烧坏可能原因求教
. C. Z. z1 S1 m* L 现场使用的高速球，用在火车站的三个站台，其中站台的球总是烧控制电路，控制电路板有做防雷设计，气体放电管没有烧，但485芯片都已经烧坏。
高速球是安装在立杆上的，立杆上有接线箱，控制线接到线箱光端机上。立杆上装有避雷针，但导地连接方式不是很清楚。
视频线上也装了避雷器，但是避雷器没有坏。
目前搞不清楚是什么原因，东西还在继续坏着，相当郁闷。
案例2：三合一防雷器经常损坏？？
  T1 c7 m) i% P请各位帮帮忙，分析分析.....
   现有四个室外摄像机，安装于立柱上，柱内有三合一防雷器串接于摄像机信号线与电源线上。视频信号接至4路光端机上。
   最近有三次故障发生，均是其中一路（三次均是同一路）的三合一防雷器损坏，并且导致该路视频光端机的信号接入口损坏。经检查，防雷器信号接头的负极不通正极同，其余的接口均完好。防雷器里面有一个2欧姆的电阻损坏了。
   没有雷击，电压正常，只是有下雨，但柱里没有水。我真的是分析不出来是什么原因导致防雷器和光端机损坏？？
   请各位大侠帮忙分析分析，谢谢！

【分析】
1）“四个室外摄像机，安装于立柱上”——是不是摄像机与立柱没做绝缘，摄像机接大地了？四个摄像机是不是都没绝缘，都接大地了？
2）四路光发射机机壳接没接地？就这一点应该接地。
3）排除设备问题，系统设计安装方面，这里一个光发射机+4路摄像机，是一个有电气连接关系的“小系统”，安全设计原则是“系统单点接地”——光发射机接地，其他四个摄像机都要保证和大地绝缘。
4）“系统单点接地”——是指有直接电气连接关系的大系统，或子系统，光缆传输把一个大系统，分解成几个子系统，每个子系统都要遵守“系统单点接地”原则；
先把这个问题处理好再说。设备故障、漏电属于偶然特例，没有普遍意义。

eie1992 · 发表于 2011-12-14 10:24:48

本帖最后由 eie1992 于 2012-2-3 23:00 编辑

网友提供被烧毁的“接地防雷器”

原产品厂家的介绍：

深圳迪舰三合一视频监控防雷器

名称:三合一防雷器

型号:DJ-D-3/100M/TV

品牌产地:迪舰 - 深圳

产品规格:颜色：黑色
尺寸：11.5*6.5*4cm 净重：250g

相关证书:发明外观两项专利及国家避雷器中心检测报告

咨询电话:400-6868-213

产品简介:迪舰三合一视频监控防雷器,采用高能防浪涌元器件,大功率长寿命,串连线路设计三级滤压保护,低残压,特殊生产工艺,先进的劣化报警技术,外观大方新颖.安装方便.集成式设计,可对各种新型代云台交直流摄像机进行一体化精细SPD防浪涌/防雷/避雷/过流过电压保护,成本低效果好.性能稳定

eie1992 · 发表于 2011-12-14 10:26:37

本帖最后由 eie1992 于 2011-12-14 16:44 编辑

（续上页厂家介绍内容）
名称：三合一视频监控防雷器
型号: DJ-D-3/100M/TV
品牌: 迪舰
颜色：黑色尺寸：11.5*6.5*4cm 净重：250g
本产品拥有发明外观两项国家专利及国家避雷器中心检测报告（仿冒必究）
产品介绍:

迪舰-三合一防雷器产品集成摄像机电源、视频信号、控制信号，完全保护为一体。采用高能防浪涌元器件,大功率长寿命,独立无干扰线路串连线路设计三级滤压保护,TVS雪蹦精准钳位线路确保低残压无干扰,特殊生产工艺,先进的劣化报警技术,外观新颖、大方.安装方便.集成式设计,成本低、效果好、高性能。可对各种新型交直流带云台摄像机进行一体化精细防浪涌/防雷/避雷/过流过电压保护。

（本产品自主知识产权国家专利技术,仿冒必究）

产品特性:
◆多功能防浪涌过电压精细保护
◆大流量 (10~20KA)
◆低残压 (TVS雪蹦钳位线路)
◆高速反应(1~25NS)
◆劣化指示(视频信号切断技术)
◆全保护(三合一设计)
◆低损耗(进口插件线对线设计)
◆长寿命免维护(5年质保)（3ka下试验连续冲击100次）
◆防线路出错保护
◆交直流电源通用
◆三级滤压串联保护
◆独立线路无干扰

◆进口插件低损耗

注意事项

1: 采用串联方式连接的防雷器，产品所标注的“输出端”所有端口均连接被保护设备

2: 在做防雷器接地时请仔细正确安装接地线，如有正负线路之分的产品请分清“正”“负”

3：防雷器安装在被保护设备前端，根据安装施工条件以“离保护设备越近越好”的原则来施工

4: 防雷设备需要定期进行检查，当产品出现劣化后请及时更换，以免造成您不必要的损失。

5: 切记不可带电作业，施工完后合闸运行时应检查防雷器有无异常。

6: 目前我公司防雷产品均须接地，一定要接地良好且接地线直电阻不得大于4欧姆。
7：电源系列防雷器前端需加装短路装置，避免防雷器劣化后短路引起火灾。

8：未带防水设计的防雷器必须安装在防水箱内，以免出现防雷器进水使之防雷功能失效；当太阳直晒会使防雷器外壳变色但不会影响防雷器工作

尊敬的用户:防雷设备是防雷工程中的一部分，为了确保安全必须由具备国家防雷施工资质的工程单位进行设计施工，我公司生产的防雷设备均按国家相关标准生产，请仔细查看产品相关参数，对应你的设备选型。我们的产品保护范围是有限的，而雷电流的大小是无法预测的，我们竭力尽最大可能的研发高能量的产品来保护您的设备，以便减少雷电流对您设备的伤害。

如有不明之处请联系我们

sividi01 · 发表于 2012-1-6 11:14:15

顶了～谢谢楼主！

立方体科技 · 发表于 2012-2-3 11:39:50

顶起······

华鸿霖 · 发表于 2012-2-3 19:19:43

顶上去！谢谢！

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