01.05. Об электропитании удалённых видеокамер

кирп стенаДумаю, что не открою великой тайны, если скажу, что в вопросах электропитания систем видеонаблюдения самым сложным является питание удалённых видеокамер. Необходимо довести до камеры полноценное питание обеспечивающее нормальное функционирование сложной электроники и, при необходимости, поддержание необходимого температурного режима. Насчёт теплового режима: у нас в Сибири это более, чем актуально.

Традиционно в современном видеонаблюдении мы имеем три номинала питающих напряжений: переменные 220В и 24В, постоянное 12В. Есть еще питание PoE (power over Ethernet или питание поверх Ethernet), использующееся в IP-видеонаблюдении, но о нём лучше отдельно.

Переменное напряжение 220В 50Гц часто используется для питания корпусных камер, размещаемых в термокожухах, имеющих встроенные преобразователи питания. Хотя есть и камеры, на которые непосредственно подаётся 220В, т.е. блок питания встроен в камеру. Такое решение безусловно имеет некоторые плюсы, главный на мой взгляд — это то, что с такими напряжениями не шутят, и разработчики системы волей-неволей вынуждены закладывать нормальные провода электропитания, не экономя на меди. Ну это скорее психологический фактор, а минусов хватает.

Во-первых, во избежание наводок, нежелательно вести параллельно видеосигнал и переменное напряжение, т.е. видеосигнал и питание камеры должны прокладываться раздельно друг от друга (по крайней мере не в одном кабель-канале), что далеко не всегда выполнимо на практике.

Во-вторых, персональный блок питания для каждой видеокамеры никак не удешевляет стоимость видеосистемы в целом. В погоне за дешевизной источники питания становятся примитивными, что неизбежно приводит к потере качества выпрямленного напряжения.

В-третьих, для обеспечения энергонезависимости подобных камер необходимо использовать источники бесперебойного питания 220В, которые по определению дороже бесперебойников постоянного напряжения (это связано со сложностью устройств преобразования постоянного напряжения аккумулятора в переменное напряжение синусоидальной формы).

В четвертых, сами догадайтесь, что будет, если вас на высоте шарахнет 220В. Техника безопасности — это понятно, но вероятность несанкционированного включения напряжения всегда присутствует, а даже одно сознание возможности наличия опасного напряжения подсознательно сковывает движения, которые на высокой стремянке и так скованы, и мешает работе.

В общем, всё это мои соображения, видимо есть плюсы, о которых я не знаю, но я просто-напросто стараюсь работать с низкими напряжениями и не заморачиваться на эту тематику.

Переменное напряжение 24В 50Гц чаще всего применяется в традиционных купольных камерах, которые имеют достаточно высокое потребление из-за встроенных электродвигателей, вентиляторов и нагревателей. Такие камеры достаточно дороги  и наличие встроенного источника питания незаметно на фоне общей цены. Из напряжения 24В 50Гц достаточно просто получить внутри кожуха постоянное напряжение необходимого качества, при этом оно удовлетворяет требованиям электробезопасности. Хотя остаются в силе факторы дороговизны резервирования питания и электрических наводок от переменного напряжения 50Гц.

Ну и, наконец, самое распространённое — постоянное напряжение 12В. Оно совершенно безопасно, от него нет наводок, источники бесперебойного питания дёшевы и надёжны, короче, панацея найдена, гуляй, босота! На самом же деле всё несколько сложнее.

Поскольку напряжение 12В подаётся непосредственно на видеокамеры, не имеющие трансформаторной развязки от линии питания как в случае с переменным напряжением, то удалённые уличные камеры больше подвержены воздействию наведённых напряжений от атмосферных разрядов (молний). Здесь в полный рост встают вопросы грозозащиты, которые мы обязательно рассмотрим отдельно.

Источники питания 12В чаще всего для удобства монтажа и последующего обслуживания  чаще всего располагаются в центре системы видеонаблюдения, недалеко от щита электропитания или в аппаратной, где стоит видеосервер. На длинных проводах питания в полном соответствии с законом Ома происходит падение напряжения и не факт, что до удаленной камеры дойдёт напряжение, достаточное для её нормального функционирования. И вот тут-то наступает самое неприятное — надо считать сопротивление проводов. Для полноценного владения азами охранного видеонаблюдения необходимо знать азы электротехники, так что осмелюсь привести ниже необходимый минимум «тягомотины».

В общем, надеюсь, все помнят закон Ома:

I= U/R

Дополнительные сведения:

Удельное сопротивление меди приблизительно: 0,02 Ом*мм2/м, т.е проводник сечением «1 квадрат» длиной 1 м имеет сопротивление 0,02 Ом

Рассмотрим случай, когда видеокамера установлена на расстоянии 100м, её максимальное потребление по паспорту = 400мА (0,4А), питание подаётся по паре проводов сечением 0,5мм2.

Поскольку ток течёт от «+ » источника питания через телекамеру к «-» источника питания, то длина провода равна удвоенному расстоянию от источника до камеры, т.е. 200м. Значит сопротивление провода

R=0,02 Ом*мм2/м*200м/0,5мм2=8 Ом

Исходя из закона Ома падение напряжения на проводах будет:

U=IR=0,4А*8 Ом=3,2В

Таким образом, с учётом падения на проводах, до камеры дойдёт 12В-3,2В=8,8В

Посмотрите в паспорт любой видеокамеры с питанием 12В. Скорее всего вы там увидите «Питание 12В +- 10%». То есть минимум 10,8В. Реально такая камера возможно даже будет работать при 8,8В, а возможно и не будет. По крайней мере, если не будет, вам будет сложновато доказать заказчику, что виновата камера. Вам хочется заново тащить провода питания? Как пел Розенбаум — «это дело личное, кто знает…»

Именно поэтому нежелательно таскать питание на большие расстояние по таким удобным жилам комбинированных телевизионных кабелей, совмещающих коаксиал и пару проводов для питания постоянным током удаленных телекамер. Или по крайней мере считать сопротивление и выбирать сечение побольше.

Например универсальный кабель ККСВ-3-2х0.75, имеет два провода для подачи питания сечением по 0,75мм2. Т.е. в 1,5 раза больше, чем в нашем примере. Значит падение там будет меньше в 1,5 раза, примерно 2В, т.е. до камеры будет доходить около 10 В. Это существенно, камера работать будет, хотя и с нарушением условий эксплуатации.

Кроме того, некоторые источники питания имеют регулировку уровня выходного напряжения как раз для компенсации падения напряжения на проводах. Насколько я помню — некоторые «Скаты» например. В ряде случаев это помогает — задираете выход до 14 В и полностью компенсируете падение напряжения. Правда при этом на более близких камерах будет завышенное напряжение питания, что тоже не есть гуд.

В ряде случаев бывает удобно удалённую группу камер запитать от своего отдельного, расположенного рядом с ними источника питания. При этом нужно грамотно подойти к  заземлению такого источника и самих камер. Об этом подробно написано в главе «1.4. Защитное заземление в системах видеонаблюдения«

Ну и ещё. Все кабели практически в своем названии имеют указание на сечение провода в квадратных миллиметрах. Если по каким-то причинам вы сомневаетесь в реальном сечении кабеля или маркировка непонятна — ну напрягитесь, померяйте сопротивление большого отрезка известной длины или всей бухты, дальше закон Ома — и ага.

Кстати, в ряде случаев питание подают по свободным парам «витухи». Стандартное сечение там — 0,204мм2. Только убедитесь, что это медь, а не омеднённый алюминий. В противном случае удельное сопротивление, а соответственно и падение напряжения, примерно в 1,5 раза больше. Кстати, в PoE передают питание 48 В с понижением до 12В на приёмной части, уменьшая ток через тонкие провода «витухи».

 Дополнение от 01.05.2017 

Нашёл недавно симпатичный плагин для создания он-лайн калькуляторов. Старенький уже, три года не обновлялся разработчиком, но пока дышит. Так что особо ленивым предлагается простенький калькулятор расчёта сопротивления кабеля питания:

Материал проводника
Сечение проводника (кв. мм)
Длина кабеля от источника до нагрузки (м)

Выбираете материал кабеля, сечение и длину и, нажав кнопку, получаете результат. Я, кстати, удельные сопротивления взял из справочника, сопротивление меди =0,0172, так что в примере со 100-метровым кабелем не 8 Ом получится, а 6,8. Но лучше 8 считать — кабели всё-же бывают меньше заявленного диаметра.

 

И тут Остапа понесло 🙂

Ещё один калькулятор сочинил для расчёта максимально допустимой длины кабеля. В зависимости от напряжения питания, сечения провода, максимально допустимого падения напрядения на кабеле и мощности, потребляемой нагрузкой.

Вот такой вот шедевр получился:

Максимальное напряжение питания В
Максимальное падение напряжения, В
Площадь сечения провода, кв. мм
Материал проводника
Мощность нагрузки, Вт

Здесь падение напряжения — это допустимая разность напряжений на источнике питания и на удалённой нагрузке. Т.е., если вы хотите, чтобы на камере напряжение не опускалось ниже 9В, а источник питания выдаёт 13, то падение напряжения смело ставьте 4В.

Мощность нагрузки — это паспортные данные (максимальная мощность). Если не указана мощность, обязательно должен быть указан максимальный ток потребления. Мощность считаете по формуле:

 Р=U * I 

U — напряжение питания

I — паспортный ток

В общем всё просто, дерзайте.

Ну ладно, пишите в комментарии , подписывайтесь в конце концов — форма внизу.

До связи.

На главную                      В начало                        К оглавлению