隨著我國國民經濟的快速發展,建築物內智能化弱電設備的使用越來越廣泛，雖然建築物內設備在建築物避雷針的保護下一般可避免直接遭受雷擊，但「感應雷」在閉路電視監控、網絡、電話、衛星接收天線、有線電視等與外部電線上仍可以產生較高的感應電壓,該感應電壓只是短暫的一瞬間,但其峰值足夠使各種弱電設備受到損害或者嚴重幹擾而失去正常性能。
原因是一般建築物的電氣設計對強電設備的防雷系統考慮得比較周到，而對弱電系統的防雷大多數不重視，加上目前一般弱電系統由另一承包商來完成，而防雷多由主體建築承建商的分包來完成，多個施工單位交叉作業一般比較難協調好，就容易造成建築物內弱電系統防雷成為薄弱點,因此加強弱電設備的防雷害措施也同樣應該得到重視。
1、引言
深圳寶安金安廣場(以下稱金安廣場)曾遭遇受一次嚴重的雷電襲擊，其監控中心機房設備及部分閉路電視的攝像機均因雷電而遭致損壞，該廣場雖有防雷網、避雷針等設施,但對弱電設備幾條無採取任何防護措施,這便是造成這次事故的原因。
事後,金安廣場管理處聘請筆者對該廣場防雷設施進行了全面的檢查,並主持了該廣場防雷設施的重新設計和改造工程, 在原安裝的攝像頭基本都損壞的情況下，筆者著手對整個系統進行整改，增加了相當部分弱電防雷設施，並在以後多個弱電工程項目中加以推廣應用，取得了一定的效果，受到該管理處的好評。筆者就該部分弱電設備（特別是閉路電視監控系統）防雷所做工作和對弱電抗幹擾實驗研究及其所採取的相關技術措施進行介紹。
2、雷擊弱電設備的成因及防護措施的原理分析
2.1 對可能遭受雷電襲擊造成弱電監控設備損壞的幾種可能性進行研究與分析
2.1.1 若雷電直接擊中弱電外部設備上，因電效應、熱效應和機械力效應等直接可導致損壞弱電的外部設備。2.1.2 雷電在對地放電時會在附近的電源線路、信號線路、埋地管道、接地系統地線上產生靜電和電磁感應電壓，當感應電壓高達一定程度並串到弱電迴路中同樣也會損壞弱電的設備。筆者認為安裝在金安廣場室外監控攝製機遭受直擊雷襲擊的可能性很大，但這種威脅也可能通過電源或信號線危害到室內弱電設備。
針對這些情況的主要的防範措施是:
2.2 增設室外監控攝製機的避雷針並加裝好其可靠有效的接地裝置
2.2.1 在弱電設備的電源、信號端加裝類似限壓、洩流的避雷裝置以減少其危害。2.2.2 金安廣場樓臺頂雖有避雷針、避雷帶、接閃器在接雷後通過接地網的引下線把雷電引入大地，雖然保護了樓房，但這一同時也產生了很大的瞬變的電磁場，該瞬變的電磁場產生的電磁脈衝波輻射對附近的弱電設備也是會產生的致命性的破壞。2.3 針對雷電危害的第三種情況，防雷的措施主要是採用相應的屏蔽、隔離及限壓手段等，以減少其危害程度
2.3.1 由於雷擊大地或接地體，使得無雷擊時處於低電位的接地裝置的地電位上升，就可能波及附近的電子設備，形成電位差使各設備損壞。當雷電發生時，建築物接閃裝置在接閃雷電時，引下線立即產生高電位，會對防雷系統周圍的尚處於地電位的導體產生旁側閃絡，這時特別是接閃裝置的距離達不到規定的安全要求並使其電位升高時，就會對各弱電設備構成嚴重的危害。2.3.2 減少這種危險最簡單的辦法是採用均壓環，將處於地電位的導體用等電位連接起來，一直到接地裝置，也就是將室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備等都進行等電位連接，將各個內層保護區的界面處局部等電位連接，並最後與等電位連接母線排相連。這樣做法達到要求後，即使是在閃電電流通過時，室內的所有設施立即形成一個「等電位島」，可保證導電部件之間不會產生有害的電位差，不發生旁側閃絡放電。2.3.3 大家知道,雷電流是一種頻率極高的高頻脈衝電湧，通常其頻率大於是1MHZ，持續是時間不超過100us,也就是說防雷等電位是高頻等電位連接,它顯然不同於防電擊工頻50HZ等電位聯結線,不可忽視其連接線對其產生的電抗,此時電抗的作用遠遠大於其電阻，其原因是由於交變電流不同於直流電流,前者在導體中流動時,其分布是不均勻,其在導體表面電流密度較大,越靠近導體中心,電流密度越小,這便是通常所講的交變電的集膚效應(又稱趨膚 效應)。此效應隨頻率和截面的增大而更加明顯,由於此集膚效應的影響電流基本上在導體或導線表面流動,所以要求防雷等電位連接線應具有足夠的截面積和表面積。例如當採用銅帶做連接線時,要求其寬厚比大於或等於5,此外還要求連接線的走線儘量短直,各導體間應考慮做多次做相互連接，應儘量利用建築物內大量的金屬構件或金屬管道作連線的並聯通路,在選擇連接線時要考慮的此問題。採取上述措施後，就可以有效地降低防雷等電位連接系統的高頻阻抗,基本上達到目的。
總之，完善的等電位連接可以減少雷電電流入地時造成的地電位升高所產生的反擊產生的可能性，對各弱電設備的防雷是極其有效的措施。
通過現場分析得出結論，金安廣場的室外攝像機的損壞是多半是因為遭受直擊雷襲擊而損壞,而機房內主機設備的損壞則由於電磁感應相伴的衝擊過電壓和過電流沿著電源線或信號傳輸線，侵入弱電設備後所導致的可能性要大一些。
3．有針對性地探討防雷方案
大家都知道弱電系統（包括閉路電視監控系統）防雷是一項綜合性工程，該金安廣場已設計施工完成的防雷系統初步檢查也基本安裝到位。考慮到金安廣場的多數閉路電視監控攝像機長年安裝在室外立柱上，又遠離該廣場大樓，就是個別有靠近大樓處安裝，也不在金安廣場大樓的避雷裝置的保護範圍內，所以不能抵擋直擊雷的入侵，為此在防雷方案中要對其加以補救措施。
建築物內部防雷系統是為保護建築物內部的設備以及人員的安全而設置的，主要以空間屏蔽、等電位連接、減少接近耦合、限壓保護等措施，通過在需要保護設備的前端安裝合適的，即過電壓保護，使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體，將可能進入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全洩放入大地。
檢查現場，此內容的防範措施在金安廣場的弱電設備中原根本就沒有考慮進去，所以必須對其加裝.有了理論依據，採取一系列具體措施都是圍繞上述原理所展開的。
4、弱電設備防雷具體方法與主要部件選用
4.1 弱電設備在電源方面的防雷措施
4.1.1 在弱電監控主電源的配電房低壓輸出端並聯安裝一套B級電源防雷箱CP100B/B4（深圳生產），用於監控機房整體設備的電源的防雷初級保護；4.1.2 在監控機房電源總進線處或者UPS處，採用並聯安裝一套電源二級防雷箱CP40B/B2（深圳生產）， 作為中心機房內設備的電源第二級防雷保護；4.1.3 在監控機房內重要設備電源進線處, 採用串聯安裝電源第三級插座式防雷器CD010-6（深圳生產）措施，作為室內設備的電源末級防雷保護，形成了第三級防雷保護。其中CD010-6（深圳生產）是用於監控機房硬碟錄像機等設備的電源末級防護，其目的是將雷電及其他浪湧電壓限制到對設備沒有損害的水平，同時還可對日常發生的電源系統操作過電壓、電源高次諧波等也具有限制和保護作用，可以延長設備的正常使用壽命，減少運行維護成本。
4.2 對弱電設備的傳輸信號線加裝防雷措施
為更好的保護其它弱電設備不受雷電的侵襲，應對監控系統及其它弱電設備兩端作有效的防雷保護，採取的具體措施如下為:
4.2.1.機房內對輸出視頻信號設備的視頻線出線端子加裝視頻信號防雷器，根據金安廣場的攝像頭連接形式、線路特性阻抗、工作電壓等參數,筆者選用插入損耗小、駐波比小的CS12L/BNC（深圳生產）防雷器。在硬碟錄像機的視頻信號線都安裝視頻信號防雷器。4.2.2．機房內輸出控制信號的控制線出線端部也加裝控信號防雷器，根據金安廣場的閉路電視監控的編、解碼連接形式、線路特性阻抗、工作電壓等參數選擇插入損耗小、回波損耗大的防雷器，考慮選定為CS12L/P2（深圳生產）。4.2.3．在考慮成本允許條件下，對防雷要求高的弱電信號線儘可能採用光纜。（因光纜傳送的是光信號，其受雷電破侵害的可能性就小）。若為其它弱電電纜則要考慮對所有信號系統進入樓房的電纜芯線對地儘量加裝專用防雷器，設備前端再加裝專用防雷器，這些防雷器材統一採用深圳產品。4.2.4．為減少雷電產生的耦合現象及線路產生互感電流發生，弱電設備各系統的布線安裝在金屬屏蔽線槽內，並將金屬線槽兩端與大樓的建築物接地網進行可靠的聯接，金屬線槽接頭處做接地跨接，同時所有電源線路與弱電信號線路應分線槽走線，其間距保持300毫米以上，在弱電豎井內，弱電線槽儘量避開作為防雷引下線的柱子，達到線路屏蔽、隔離、防耦合的目的。4.2.5．為了更進一步完全防止線路感應和雷電侵入弱電設備，對弱電傳輸線採取的措施還包括：如線路儘可能短、儘可能不要架空，有條件時應產儘量採取穿管埋線。4.3 弱電設備機房接地與等電位連接的雷電防護做法
建築物內的弱電機房，遭受直擊雷的可能性比較小，在此處除了應採用各種防雷器進行防護外，還採用等電位聯結方式作為防雷保護的補充。就是將各弱電裝置諸金屬外殼用導線連接起來，以減少雷電流在它們之間的電位差，減少其間擊穿的可能性，正如談到過等電位聯結是防止雷電波侵入和雷電感應的一種有效辦法，採取的具體措施有：
4.3.1 在機房內設防靜電地板，也就是採用目前國內最新防靜電地面材料（防靜電瓷磚）。還對機房內的部分裝修材料改為也是防靜電的,內牆和頂棚表面使用防靜電防火牆板或噴塗導靜電環氧塗料，送風管道和送風口使用導電三聚氰氨材料，目的是為了避免空氣流動時會產生靜電積聚。4.3.2 在監控中心機房防靜電地板下，沿著地面上布置40*4的銅線排，形成閉合環接地匯流母排，將各種進出機房線路的金屬水管、金屬管、金屬橋架、屏蔽線槽、配電箱金屬外殼、電源地、避雷器地端、機櫃外殼、金屬門窗、金屬隔斷、防靜電地板下的隔離架進行多點以最短路徑就近連接在等電位匯流排上，同時將電氣保護的PE地也接至等電位連接體匯流排上。此外，在機房內找出大樓建築物的主鋼筋引下線的伸出連接點，經測試其確與避雷帶連接良好，接地電阻值達到要求，另用φ14鍍鋅圓鋼通過銅鐵轉換接頭將接地匯流排與之相連接。
考慮到前述的雷電產生的集膚效應特點，各處均注意到防雷等電位連接線最小截面積的要求，並做到走線儘量短直。
另外在遇到建築物地網情況較差時，由於接地電阻太高，就採用另立地網措施進行補救，保證接地電阻小於弱電設備要求的1歐姆以下。
4.4 室外攝像機的雷電防護措施
監控攝像頭有室外和室內安裝兩種，安裝在室內一般不會遭受直擊雷的侵害，只需考慮雷電過電壓對設備的侵襲，而室外還要防止直擊雷的威脅。具體操作是:
採用攝像機立杆上部安裝一個簡易避雷針，也就是在該立杆的頂端豎立一根約1.2米的短針，其與立杆頂部焊接好，並做好接地，杆中間設一個防雷器。其二是選用杆中間的防雷器時要考慮到攝像頭有兩種類型，必須根據其不同的參數與之相適應。對金安廣場安裝的20個帶雲臺動點攝像機和固定18個攝像機都應分別加以選用。
4.1 對於動點攝像機，採用在帶雲臺攝像機的視頻線、控制線與電源線處串聯安裝CMOS三合一監控專用防雷器CPSS12A220（深圳生產）。此款防雷器具有視頻線防雷，控制線防雷，電源線防雷與一體的功能，安裝方便，容易維護。4.2 對於定點攝像機，只考慮視頻線和電源線的防雷保護，即在進入攝像機的視頻線、電源線處串接CMOS二合一防雷器CPS12D12（深圳生產），它集視頻、電源防雷與一體，安裝極為方便，從而保證基本上達到了有效的保護前端攝像機設備的目的。4.3 再就是防雷器的引下接地裝置，考慮到攝像機均安裝在立杆上，立杆又是金屬所制，也就是把攝像機與防雷器的地線直接引接在立杆上，同時將Φ40鍍鋅鋼管長度為2.5米2根，垂直埋深0.8米以下做接地極，垂直地極之間間距為5米，採用40mm×4mm鍍鋅扁鐵焊接成的複合接地網，金屬杆做引下線採用φ10鍍鋅圓鋼引接到大地接地極上，兩端應採用焊接連接，焊接處應刷瀝青油防腐，接地電阻小於4Ω。如無法達到接地電阻要求，可再多加單根垂直接地體，當然有條件時，立杆基礎做好後接地線也可以就近和附近的建築物的接地網直接相連以解決接地問題就更好。.4.4 為防止電磁感應對室外攝像機的損害，把攝像機的電源線和信號線都穿在金屬套管內，使之達到金屬屏蔽的效果。總之，通過安裝簡易裝置及其配套接地措施能使室外攝影機安裝在避雷針滾球半徑的保護範圍內，可減少室外監控攝像機遭受直擊雷的損害的機會。
5 對其他各處設備（包括弱電機房）的屏蔽防護處理等做法
對弱電設備外部防感應雷可用屏蔽等手段，也就是把雷電電磁脈衝從空間感應入侵通道加以阻斷，筆者採取了以下技術措施。
5.1 所有弱電設備均應考慮屏蔽，最好將重要的弱電設備均設在機櫃內，且機櫃外殼應接地良好，且接地電阻滿足小於1歐姆。（接地電阻如經測試達不到要求，則採用加裝接地極和加降阻劑或改良土壤方法來解決，這裡就不再作詳細說明）。
5.2 均壓等電位連接（包括弱電機房，其內容前面已有詳細的論述），其目的是為了徹底消除雷電引起的各處的電位差，消除設備可能存在的地電位反擊問題。
5.3 設置安全距離要求，即要求各弱電設備應儘量遠離建築物的梁、柱等位置，主要考慮到柱內鋼筋在洩放雷電流時可能產生較強的電磁場，從而造成了設備的損壞。
5.4 考慮到弱電設備與其它強電設備在防雷電接地方面最大不同特點是在於其設備的工作頻率很高，也就是說接地線和連通迴路的高頻阻抗已不可忽視，為此我做到對各弱電設備其間的連線儘可能短直，各金屬結構、管道都可能就近接於建築物的接地母線，其目的是儘可能減少接地迴路的阻抗（原理前面已闡明）。
6 弱電設備防雷及抗幹擾屏蔽的研究及其應用
由於建築群以外的自然環境及建築內部環境中存在著大量的電磁幹擾，使弱電設備產生誤碼、錯碼、誤動作，使信號系統受到汙染、產生噪聲，會使設備性能下降，導致弱電設備無法正常工作，尤其是雷電發生時所伴隨產生強烈的電磁脈衝時就更為嚴重。
這些情況筆者在深圳寶安的金安廣場和深圳福田區錦鏽小區的電氣設備安裝調試中就曾多次遇到過，因此，弱電系統必須實施有效的抗電磁屏蔽措施才能保證其正常運轉。
這部分內容因牽涉到很多方面，也很複雜，在這裡我僅描寫其中小部分，只做粗淺的分析，僅介紹我在抗幹擾屏蔽方面所做的小部分工作內容。
6.1 對當弱電系統外殼為非金屬外殼時，採用一個鎳銅合金絲編織成金屬網作屏蔽網，金屬屏蔽網與等電位點可靠地連接在一起，此金屬屏蔽網對10MHZ左右的電磁幹擾按理論計算一下大約有90dB的衰減，如要求進一步衰減，則必須採用雙層金屬屏蔽網。 把弱電系統的小機櫃用上述金屬屏蔽網包起來，同時處理好接縫，解決信號線出入口等問題，就可取得較好的電磁屏蔽效果。
6.2 當強、弱電設備都安裝在一起時弱電設備受幹擾的情況比較明顯,因考慮到櫃內強電迴路與弱電迴路相隔距離很小，信號連線還相互交錯，弱電系統受到強電系統電磁幹擾機率很大的因素，為此在兩個相互幹擾的導電體間插入接地良好的金屬板，這塊金屬板的材料採用導磁率較高的鐵鎳合金做成（因其導磁率u=5000～10000，是銅和鋁的u值幾千倍），就因為這塊金屬板置於在電磁場中，利用其吸收和反射效能從而達到屏蔽的最終效果。
6.3 抗幹擾措施還可採用如隔離、接地和濾波等，常見的具體方法還有：
6.3.1、弱電機房內的金屬門與吊頂內的龍骨進行多次連接。6.3.2 採用金屬管等電位聯結，與屏蔽措施相配合，所有的弱電信息設備儘可能與建築物保持1米遠的距離，可有效地屏蔽電磁幹擾。 6.3.4 對接地及公共阻抗帶來的幹擾，其有效的抑制方法是使各種接地之間儘可能不構成迴路 6.3.5 弱電系統機房儘可能遠離強功率發射及電梯機房，避免設在建築物高層，而儘可能選擇在建築物的低層中心位置。6.3.6 為防止市電電網急劇變化或雷擊出現過電壓，調試中用的電源方面我儘量使用串聯型穩壓電源供電； 6.3.7 施工中普通信號的電纜屏蔽層都做到進行接地處理，其接地位置可選擇在接地信號源或接收器一側進行接地；而傳遞控制信號的電纜屏蔽層也進行接地處理，其接地位置一般選在對地電容大的一端進行接地，以減少信號電纜對地電容的影響；6.3.8 將受幹擾電路和幹擾電路隔開或分開 ； 6.3.9 照明裝置的供電線路上設置電源線路濾波器，供電端子進行屏蔽；6.3.10 在電源的進出線埠處加低通濾波器以消除電網中的高頻幹擾。6.3.11 建築物結構內的鋼筋保持電氣的連續性。總之，理論和實驗都證明了屏蔽是阻擋電磁幹擾經空間傳輸的最好方式，尤其是當雷電襲擊到來前能夠把弱電設備屏蔽起來這種措施就尤其顯得重要，很顯然採用屏蔽措施對弱電防雷和抗幹擾兩方面有著雙重功效。
通過以上相關技術措施，可初步達到弱電防雷及相關弱電設備抗幹擾的效果，正由於原有弱電設備遭受雷擊後，筆者所在的單位加強了弱電防雷的技術力量，除安排了筆者管理建築強弱電施工管理外，另外專門負責全部項目的防雷工作，也就是在後來承接的建築工程的每個弱電項目中包括福田錦繡小區、南山月亮灣小區等，筆者儘可能採用上述技術措施對弱電系統尤其是閉路電視監控制設備進行完善補充，此外筆者還把這部分防雷及弱電抗幹擾措施也應用於計算機房、門禁對講、消防弱電、背景音樂、電梯控制系統等多個弱電系統中，其取得了比較明顯的效果。
（編自《電氣技術》，作者為錢良楚。）