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庆祝十八大！
监控系统接地与大地电磁环境
关键词：大地电磁环境，地电位，接地
影响监控系统“多点接地”的主要原因有：
1）防雷宣传的“接地泄放雷电流”和大量使用接地防雷器；
2）在接地钢结构上或在金属立杆上，不做绝缘的安装摄像机；
3）监控设备机壳在内部被接了电网地（PE）,系统应用了多个这类设备。
把接地点的“地电位”看成是一成不变的、理想的大地零电位，随意制造监控系统多点接地，这是对“大地电磁环境”缺乏基本认识的结果。
一）关于“大地电磁环境”的概念
广域监控系统的电磁兼容，一是要考虑和解决在“空间电磁环境”影响下，系统的安全运行问题，这就是常说的空间电磁干扰与抗干扰问题；二是要考虑和解决“大地电磁环 境”下，接地对系统的安全运行影响问题；
接地，是指接大地，认为“接地”就是接在一个一成不变的“静态零电位”上。实践表明，接地点的“地电位”，并不总是大地“静态零电位”，它可能是波动的，甚至还会突变；广域监控系统如果有多处接地点，就构成了复杂的地环路，可以通过地环路，把不同接地点的地电位直接引入监控系统，形成干扰或造成安全隐患。
多年来，“接地”一直是安防工程最让人困惑的概念之一，也是工程中看似简单却又很难把握的技术难点。
本文正式提出“大地电磁环境”的概念，并集中分析和认识影响“大地电磁环境”的主要因素和监控工程的应对措施。监控系统设计对“大地电磁环境”处理的好与不好，直接涉及系统运行的安全。
影响“大地电磁环境”的因素很多，但影响较大的是雷击引起的地电位变化和电网运行引起的地电位变化两项。
二）落地雷引起的局部地电位变化
雷电击中地面物体向大地放电，在雷击点周围形成暂态地电位扩散区——跨步电压区。跨步电压区内暂态地电位以落雷点为中心向周围呈指数衰减，大约10~20米半径以外衰减到0电位。避雷针接闪时，在针体上形成百万伏以上的“雷电反击电压”，在地面形成跨步电压区；这就是落地雷造成的局部大地电磁环境。
安防系统，摄像机与主机间有视频线、控制线、电源线的直接电气连接关系。如果把摄像机立杆做成避雷针，那就是把雷电反击电压100%的引入监控系统，显然这是愚昧的“自毁”设计。只要一次雷击接闪，系统必毁无疑；值得关注的是，至今这种立杆避雷针工程案例，在各城市仍然随处可见，有人以此“证实立杆避雷针防雷有效”；事实却是此处并没有发生过雷击，说明这个立杆环境的雷击概率十分低，证实的是这个立杆避雷针设计是多余的，只有被忽悠的“商业价值”；
防直击雷，由独立避雷针保护的室外独立摄像机立杆，为了防止避雷针放电闪击（又称反击），立杆大多设在距避雷针3、4米外的“跨步电压区”内，摄像机立杆上可能带有几十千伏以上的暂态地电位，显然摄像机与立杆不绝缘安装，仍有安全隐患；基本防护措施是：摄像机与立杆做可靠绝缘。
同样，监控系统主机机壳通常与接在建筑物联合接地体上，建筑物避雷系统接闪时，建筑物也会出现暂态地电位升高，也会与系统远端其他接地点形成暂态地电位差；
从“雷击地电位”考虑，系统多点接地，会给系统带来安全隐患。
三）电网地电位的形成和对监控系统的影响
不打雷不下雨，监控系统烧毁监控设备、烧毁防雷器的现象，多年来连续不断；大量的工程实践表明：图像有横杠水波纹干扰，把摄像机卸下来拿在手里，干扰消失；摄像机与大地绝缘安装，已在越来越多的工程中采用。研究发现，电网地电位和系统多点接地是最主要的原因，这就是“电网大地环境”影响。
“大地”宏观可以看成一个“无限大”的“静态等电位体”——大地零电位。但是“动态”或“暂态”的看一个具体接地点的地电位，它可能不是大地零电位。
我国民用建筑电气设计规范规定，电网低压配电系统有多种接地方式。电网系统，属于超广域、有直接电气连接关系的“多点接地系统”，这是常见电网地电位形成和变化的主要原因。电网系统多种接地方式具有行业的专业合理性，我们应该认识和了解电网运行下的“大地电磁环境”特点：
1）低压配电的TN-C系统（四线制），除了变压器（电源端）中性点（0线）PEN接地外，还有多处、多个PEN重复接地点。当PEN线上通过三相不平衡电流时，在非故障情况下，会在中性线N上迭加，使中性线N产生电压波动，且电流大小极不稳定，造成中性点接地的电位波动和漂移。而且PEN线因通过中性线电流产生电压降，从而使所接设备的金属外壳对地带电位，此电位会对弱电系统产生干扰。
其次，TN-C系统因没有专用的PE线，若PEN线出现中断，设备金属外壳及可触及的导电部分对地将带220V以上的电压，电击的危险很大。或者是当电网发生严重不平衡故障时，不同的“重复接地点”之间，就会出现地电位突变的电位差；
2）民用建筑的TN-C-S配电系统应用十分普遍，其结构是：进户之前是三相四线制TN-C系统，N和PE合并为一根PEN线，进户处作重复接地，进户后变成TN-S系统，N和PE分离，并且不允许再合并。这就是说一个建筑物内部配电的PE线和零线N，都连接着该建筑进户点的一个PEN“重复接地点”，并且通常又与该建筑物做联合等电位接地；不同建筑内部的PE线和零线N，连接着不同的PEN “重复接地点”；每个不同建筑物的“重复接地点”后面，连接着不同数量和不同性质的用户负载，负载运行不平衡零线电流，会引起“重复接地点”地电位波动和漂移。同样，当配电线路或设备发生重大故障时，也会引起“重复接地点”地电位突变；这就是与电网运行关联的“电网大地电磁环境”。凡是低压配电到达的地方，都存在这类“电网大地电磁环境”。
3）建筑物（包括车间和钢结构房屋）内的接地钢结构与该建筑物配电的PEN“重复接地点”等电位连接，这类“重复接地点”的地电位，会沿着钢结构传导，并在地面约20米范围内，形成更大范围的“地电位扩散区”。直接安装在钢结构上的摄像机，也就与PEN“重复接地点”等电位连接；安装在“地电位扩散区”内的金属立杆摄像机外壳，也会带有一定大小的“地电位”。
4）监控工程摄像机安装，如果不与大地做好绝缘，就会通过钢结构或其他接地体（立杆）接地。监控系统防雷器的接地和防干扰接地，都会造成监控系统事实上的“多点接地”，构成复杂的地环路系统，通过地环路，把不同接地点、不同大小的地电位引入监控系统，造成地电位干扰或烧毁监控设备，包括烧毁防雷器；
【电网大地电磁环境的特点】
1. 常用的低压配电“重复接地点”的“地电位”，并不总是大地0电位，而是随着电网不平衡程度变化，接地点地电位呈现波动和漂移；当电网发生严重不平衡故障时，“地电位”会大幅度突变，可以高达几十伏到几百伏；
2. 这种电网地电位，可以通过联合接地建筑物钢结构“传导”到更大的范围；
3. 电网的多种接地方式，造就了“电网大地电磁环境”，对监控系统，广义的说对弱电系统来说，这是客观存在的外部环境；而地电位入侵监控系统的充分条件是“系统多点接地”。
四）监控系统解决地电位影响的思路
对监控系统设计和施工来说，大地电磁环境是客观存在，我们只能逐步深入的认识它，不断探索合理有效的安全防护措施。以下几条供参考：
1. 监控系统应该隔离“电网地”PE和PEN，不能通过系统多点接地的路径，把电网地引入监控系统：对于TN-C和TN-C-S配电系统，由于不平衡供电有零线电流，“电网地PEN”电位会波动和飘逸，电网故障时还会突变。钢结构连接着电网进线“电网地PEN”，这时“电网地”就通过安装在钢结构不同部位上的多个摄像机引入系统；——解决办法是：所有摄像机与大地绝缘安装；
2. 监控系统安全设计，要确保做到“系统单点接地”——主机单点接地。具体说：每一个有直接电气连接关系的“子系统”设备，都要确保做到“单点接地”。例如光缆传输系统的前端多路光发射机，应看成是一个“子系统”主机，要把光发射机机壳“一点”接大地，电缆连接的各路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”；后端系统主机接地不能替代它，其他“子系统”单点接地也不能代替它，因为中间有光缆隔离了“系统”之间的电气连接；
3. 对于监控系统安全设计来说，没有必要把工程甲方的配电系统接地方式弄清楚，把配电系统接地引起的相关地电位波动和电网故障引起的地电位突变弄清楚，因为这几乎是不可能做到的事情，也没有这个必要。监控系统安全设计只要遵循“单点接地”原则，切断地电位入侵监控系统的路径就达到目的了，简单而有实效。
4. 防感应雷，如果应用接地防雷器来“泄放雷电流”，即使摄像机与大地绝缘，防雷器接地也构成了多点接地的地环路，电网地电位突变可以击穿甚至烧毁防雷器。原理分析表明：防雷器接地并不能“有效泄放雷电流”，却可以有效引入地电位，造成系统安全隐患；
5. 监控系统安全设计的“单点接地”原则，是基于对“大地电磁环境”的基本认识，系统“单点接地”可以有效切断地环路，切断各种地电位对监控系统的入侵路径，有效避免地电位伤害隐患。“单点接地”是监控系统屏蔽“大地电磁环境”最简单，最有效的防护措施。电网系统和监控系统都能各自独立安全运行；这是监控系统安全设计的基本条件，也是系统防感应雷的基础条件。防感应雷，应该是在系统单点接地基础上，采用信号传输回路的防雷保护电路；
6. 漏电：“线路漏电”，漏到监控系统传输线路或监控设备上，这不是系统原理和设计问题，属于“另类问题”，没有讨论意义；电力设备漏电，引起设备接地点地电位变化，属于“电网地电位”范围考虑。监控设备漏电，属于不合格设备，应更换设备，而不是继续使用漏电设备，去考虑什么“防漏电”问题；也只有在系统做到单点接地情况下，才能给漏电的检查和排除带来方便。
7. 注意：有的监控设备在产品内部把机壳连接了电网地线（PE），如果系统有多个这类设备，也会形成系统多点接地，构成安全隐患。这类设备一是不用，二是把机壳接电网地线断开；
【解决“接地理念”问题】：
1.防雷宣传的“接地泄放雷电流”和大量使用接地防雷器；——原理分析和实践证明，防雷器接地不能有效泄放雷电流，却可以有效引来地电位隐患；“防雷必须接地，不接地就不能防雷”的宣传，对于监控系统防感应雷来说，不可信，不能相信；
2.在钢结构上或在金属立杆上不做绝缘的安装摄像机；——认识和掌握系统单点接地安全设计原则，摄像机安装应与大地绝缘；
3.监控设备机壳在内部被接了电网地（PE）,系统应用了多个这类设备。——测试设备机壳接地情况，切断电网地进入监控系统的路径；
4.系统“单点接地”是监控系统屏蔽“大地电磁环境”最简单，最有效的防护措施。
[此贴子已经被作者于2012/11/7 9:11:38编辑过]
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