監控系統、專業影音的雷擊保護,及其4項避雷技術

聯網智能設備普及

近年來,隨著微電子技術的不斷發展,自動控制系統在生產生活各個方面的使用越來越廣,人們在受益於微電子的極大方便的同時,也受到其一旦損壞就損失巨大的困擾。

節節高升的理賠金額

根據美國保險資訊協會統計,2020全美國的居家保險,因閃電而造成的理賠總金額約為20.7億美元,而這個數字是2019年9.2億的2.25倍。

在2020年一共有71,551筆理賠申請,是因為閃電造成的損失。平均每筆理賠金額高達28,885美金。而2019年,雖有76,860筆理賠,但平均每筆理賠金額僅11,971元美金。這樣的巨幅成長,跟生活中電子設備的普及有一定程度的關聯。

以一般家庭為例,我們使用著大大小小的電子設備,例如: 電視、冰箱、冷氣、音響等。設備不僅多元且越發先進,但也意味著先進的設備一旦損壞,就必須付出一筆可觀的維修費,甚至無法修復。

雖然這份報告僅限於居家的情況,但也不難想像,在企業、政府等機構中,設備也同樣難免於閃電的影響,況且大型機構的電子設備及儀器平均來說會比居家設備來得昂貴許多。

雷擊造成設備損壞的原理

突波如何造成設備的損壞

閃電可以透過通信電纜(如用於網際網路、有線電視或電話)、配電盤,甚至電源插座傳導到室內、外設備。許多電子產品,如電腦、電視、NVR、網路交換器、攝影機,都使用集成電路(IC晶片),當無一定程度的避雷保護時,非常容易受到突波引發電壓過載而造成嚴重損壞。

雷電的種類

雷電會以不同的形式影響周圍的環境,一般來說可分為以下幾種形式:

直接雷擊(Direct Lightening Strike)

直擊雷是指雷電直接擊在建築物構架、動植物、設備上,因電效應、熱效應和機械效應等造成設備等損壞。如受到直接雷擊,目前沒有成熟的解決方案能夠完全保護設備,但被直接雷擊擊中機率也相對低。

間接雷擊(Indirect Lightening Strike)

顧名思義,間接雷擊並非直接擊中物體,而是當雷擊發生時,閃電會在雲層之間或對地放電,產生電磁感應並透過附近的導體 (電線桿、訊號傳輸線路、電纜線等) 侵入設備,使連接在線路上的電子設備遭到損害。間接雷擊雖然沒有直接雷擊猛烈,但其發生的機率卻高得許多。

雷擊所造成的破壞

雷擊強度

雷擊所產生的電流約在50~250kA,電壓約在50KV~5000kV之間。有90%的雷擊會超過10kA,而其中又有一半超過30kA。然而一般居家用電僅110~120V,15~20A,不難想像雷擊對我們生活的影像程度如此之大。

影響範圍

一般認為,200kV的閃電,就會造成半徑500公尺內的電流異常。正是因為如此間接雷擊的發生機率才會如此之高。

如何保護弱電設備

建議在高壓變壓器後端到二次低壓設備的總配電盤間的電纜內芯線兩端應對地加避雷器或保護器,作為一級保護;在二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間電纜內芯線兩端應對地,再加裝避雷器保護器,作二級保護;在所有重要的精密設備以及UPS的前端應對地加裝避雷器或保護器,作為三級保護,而SC&T所做的避雷器就是屬於精密的設備以及UPS的前端的避雷器。

雖然目前還沒有成熟的方式可以完全防止雷電的危害,但仍可透過一些避雷的技術,濾除能量相對低的突波。以下我們就一起探討,各個元件及他們各自的特點。

氣體放電避雷管 (Gas Discharge Tube)

  • 反應速度較慢 (10-9秒),適合用在抗雷擊突波(10-6秒)
  • 突波來時會斷電,突波結束後才會恢復電壓,適合放在訊號埠
  • 可承受較高突波能量,連接裝置的訊號衰減較少
  • 可承受約10次突波

壓敏電阻 (Metal Oxide Varistors)

  • 反應速度較慢 (10-9秒),適合用在抗雷擊突波(10-6秒)
  • 適合用在電源埠、不允許斷電的情況發生的情境
  • 有壽命限制

瞬態電壓抑制二極體 (Transient Voltage Suppressor)

  • 反應速度快(10-12秒),適合應用在ESD(10-9秒)靜電保護
  • 適合用在電源埠,不允許斷電的情況發生的情境
  • 除非受到直接雷擊,否則無壽命問題 (半永久性)

SIDACtor

  • 突波來時會斷電,突波結束後才會恢復電壓,適合放在訊號埠
  • 承受電壓較低
  • 除非受到直接雷擊,否則無壽命問題 (半永久性)

SC&T避雷器產品

多層保護

由於每一項保護元件都各有優缺點,所以SC&T會在單一個避雷器產品內採用不止一種的元件,以彌補單一技術的缺陷。

多元的保護措施

如今的電子設備非常多樣,而針對不同的設備還需使用不同的避雷器來做保護,而SC&T身為專業影音及監控業的製造商,針對不同的設備需求,研發出不同的避雷產品,以達到全面性的保護。

HD-TVI/ AHD/ HDCVI/ CVBS訊號

影像 + 資料 + 電源設備專用避雷器
影像 + 電源設備專用避雷器
影像 + 資料設備專用避雷器
影像設備專用避雷器

網路訊號

IP設備專用避雷器
PoE設備專用避雷器

HDMI訊號

HDMI設備專用避雷器

SDI訊號

SDI設備專用避雷器

電源

電源設備專用避雷器

使用避雷器的建議

以應用在監控的設備為例,通常會建議為攝影機及DVR設備都加裝避雷措施。由於能量的傳導性會影響與導體接觸的所有設備,因此為每一台設備加裝避雷器是一個更為保險的作法。除此之外也要注意,每種設備需要使用專屬訊號的避雷器,才能達到最有效的防護效果,並保有設備原有的功能。例如在使用PoE攝影機時,如使用IP訊號避雷器,會導致PSE設備無法供電或是PD設備無法接收到電源。因此審慎選擇適合的避雷器也是一項必要的事情。

客戶使用成效

現在的業主普遍會要求系統整合商提供設備保固,但台灣處於雷擊頻繁的地區,設備因突波而損壞的事件屢見不鮮。曾有一個數百台攝影機的監控案場,使用了PoC延長器,兩年內T端 (攝影機端) 遭到雷擊的損壞率高達50%,R端 (機房端) 損壞率也達到25%,且損壞多集中在雷雨頻率較高的夏季。然而加裝了SC&T的避雷器後,T端損壞率降到不足10%,而R端也降到1%以下。不僅大幅降低業主的損失,也節省施工商維護的時間成本。

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