Раздел: СТОП-КАДР Тема: Автор: Александр ПОПОВ, эксперт
Питание всепогодных видеокамер: очень просто об очень важном
Так уж складывается в последнее время, что рынок, широко предлагая клиенту сверхсовременные разработки, оставляет потребителя в полном неведении относительно базовых понятий, без которых в любом случае невозможна реализация никаких, пусть и самых инновационных технологий. К одному из таких базовых понятий относятся вопросы питания. Итак, говорим о всепогодных видеокамерах. То есть, камерах в термокожухах. На сегодняшний день такие камеры (а точнее, термокожухи для них) по питанию подразделяются на: - термокожухи с питанием от первичных линий 220 В; - термокожухи с питанием от вторичных линий +12В или +24В (~24В); - термокожухи с питанием РоЕ. Вот и рассмотрим все варианты с точки зрения целесообразности их применения в зависимости от условий. И для начала основные моменты для общего понимания. Собственно, видеокамера, которая устанавливается в термокожух (или просто в некий корпус для внутренней установки) – это слаботочная аппаратура, требующая для своей работы подачи стабилизированного питания 12V DC (постоянного тока). В действительности, конечно, камера может питаться напряжением, укладывающимся в некий диапазон. В зависимости от конкретной модели, диапазон этот в среднем ~ 8 – 13,5В. Если вы посмотрите каталоги бескорпусных камер, широко представленных на рынке, именно такое питание будет указано в технических характеристиках. Таким образом, схема подключения видеокамеры по линии питания от сети ~220V будет выглядеть следующим образом (рис.1). Питание РоЕ мы пока не рассматриваем.
В зависимости от того, что из этой схемы мы решили поместить в термокожух, а что оставить за его пределами в виде отдельных устройств, получим конкретный тип термокожуха для всепогодной камеры (рис.2). Но переходя уже к термокожуху, в нашу схему в обязательном порядке включается еще один обязательный элемент – система обогрева. Причем, включается очень и очень ощутимым образом. Потому что мощность, потребляемая этой системой в момент ее работы, может на порядки превосходить мощность, потребляемую непосредственно видеокамерой. И именно система обогрева будет определять необходимую мощность блока питания в нашей схеме.
Самый простейший и самый дешевый вариант – термокожух с питанием +12V. Это всепогодные видеокамеры минимального размера с минимальной потребляемой мощностью. Непосредственно в термокожухе устанавливаются только сама видеокамера и система обогрева. Блок питания с выходным напряжением +12V представляет собой отдельное устройство. Всепогодная видеокамера в термокожухе питается вторичным напряжением +12V, подаваемым с этого блока питания. Этим же напряжением питается и система обогрева термокожуха. Есть очень важный момент в такой системе: подаваемое на термокожух (видеокамеру) напряжение с этого блока питания должно быть стабилизированным. Если мы установим стабилизатор внутри термокожуха и будем подавать на него нестабилизированное напряжение с блока питания +12V, потери на линейном стабилизаторе (привычная нам всем «кренка») вполне могут доходить до 3-х вольт, и сама камера, даже если и способна работать от питающего напряжения +9V, все время будет работать на пределе возможного, и стабильной такую работу никак назвать не получится. Поэтому применяемый с подобными камерами блок питания должен иметь стабилизатор в составе собственной схемы и выдавать на выходе стабилизированное питание +12В. Такой блок питания, конечно, дороже нестабилизированного. Зато термокожухи – самые дешевые. Везде сэкономить не получится. Но беда еще состоит в том, что инсталляторы зачастую вообще не задумываются над этим моментом и вовсю применяют в подобных схемах самые обычные и дешевые нестабилизированные блоки питания. Замеряя выходное напряжение тестером на выходе такого блока питания, мы получаем его среднее значение. Которое в своем цифровом выражении может вполне соответствовать требуемому по техническим характеристикам значению. В то время, как в реальности такой блок питания выдает на выходе «пилу», и амплитудные значения выходного напряжения остаются неизвестными. Впрочем, никто не гарантирует, что и средние значения не будут иметь критических для камеры отклонений во времени, когда система запущена в работу, и значения эти уже никто не контролирует. Это вполне может явиться и причиной нестабильности работы видеокамеры, и выхода ее из строя. Но даже при соблюдении требования подачи стабилизированного питания на всепогодную камеру, именно с данным случаем связано наибольшее количество типовых сбоев в работе камер, выражающихся в периодическом отключении выходного сигнала с них с последующим самовосстановлением работоспособности на некоторый срок. А потом вновь отключение. Особенно часто это происходит в холодное время года. И связано это с типовой ошибкой инсталлятора, забывающего о падении напряжения в линии вторичного питания. Итак, есть вполне конкретная проводная линия от правильного стабилизированного блока питания до термокожуха, в котором установлены сама камера и система обогрева. Есть конкретная протяженность этой линии – L, есть вполне конкретное сечение провода линии вторичного питания – S. А, значит, есть совершенно конкретное сопротивление этой линии R = Ᵽ х L/S – удельное сопротивление, умноженное на длину проводника, и деленное на его сечение. Нередко бывает, что блок питания устанавливается за сотню метров от камеры, а линия вторичного питания выполнена кабелем сечением 0,5 мм2. При построении и сдаче системы летом все исправно работало. Пока не работала система обогрева, потому что ток потребления всей камеры в термокожухе составлял всего-то около 60 mA, и падение напряжения в линии вторичного питания от блока питания до камеры ΔU = I х R – тоже было совершенно незаметным. Дошедшее до камеры напряжение с учетом этого падения вполне укладывалось в рабочий диапазон питающих напряжений. Но настали холода, и потребовалась уже работа системы обогрева. И если сама камера потребляет ток в 60 mA, то система обогрева вполне может потреблять и 600 mA, то есть в 10 раз больше. Плюс еще все те же 60 mA от камеры. Соответственно, и падение напряжения в линии вторичного питания увеличится в 10 раз. В результате на входе в камеру имеем напряжение U= 12V- I x R , где I – суммарный ток потребления (собственно камерой + системой обогрева), R- сопротивление линии вторичного питания. Если инсталлятор не задумывается над величиной этого самого падения напряжения в линии, то нередко так бывает, что оставшегося напряжения просто не хватает для питания собственно камеры. Камера перестает работать. Система же обогрева продолжает работать, и при достижении внутри бокса заданной температуры, обогрев отключается. Общее потребление тока и, соответственно, падение напряжения уменьшается в 10 раз, подаваемое на камеру напряжение увеличивается до рабочего, и камера возобновляет работу. До следующего включения системы обогрева, после чего весь цикл повторяется. Это достаточно типичная ситуация для всепогодных видеокамер с внешним питающим напряжением 12 вольт. На общий ток потребления инсталлятор повлиять никак не может. Значит, должен озадачиться вопросами снижения сопротивления линии. То есть, грамотно определять ее длину в зависимости от сечения. Или выбирать кабель нужного сечения под заданную длину. Но может так произойти, что при больших длинах потребуется сечение, выходящее за рамки здравого смысла. В любом случае, падение напряжения в линии – это потери, отопление атмосферы. Чем больше объем термокожуха, тем больше энергии требуется на его обогрев. Соответственно, тем больше потребуется мощность системы обогрева. А значит, пропорционально будет расти ток, потребляемый этой системой и всепогодной камерой в целом. Тот есть, потери в линии. Линию придется делать еще короче или брать кабель еще большего сечения. С увеличением нижнего рабочего отрицательного предела всепогодной камеры также потребуется увеличить мощность обогревателя с теми же последствиями. Тем не менее, в силу своей исключительной простоты и минимальной цены такие термокожухи находят свое вполне обоснованное применение. В первую очередь это касается простейших камер с минимальными габаритными размерами, которым для превращения во всепогодные нужны термокожухи небольших размеров. С объективами под резьбу М12. Камеры с умеренными ограничениями по нижнему температурному пределу, не требующие большой мощности для обогрева внутреннего объема. Камеры с небольшими длинами кабельных трасс. Если это камера, устанавливаемая далеко от поста наблюдения, то блок питания должен располагаться на небольшом расстоянии от нее, а питание на этот блок должно подаваться от линии первичного питания 220 В. Конечно, в этом случае потребуется климатическая защита самого блока питания. Если это импульсный блок питания (а сейчас они на рынке практически все такие), может понадобиться обогрев самого блока питания, то есть установка его, как минимум, в обогреваемой коробке. Но помимо вашего блока питания в этом случае найдется еще немало «претендентов» на такую дополнительную климатическую защиту – это и защитные устройства, и устройства передачи сигнала и проч. Так что этот довод не является существенным, чтобы совсем отказываться от подобного рода всепогодных камер. Ну, и применение подобных камер изначально требует грамотного подхода к монтажу. А именно, выбор блока питания со стабилизированным питанием на выходе и расчёт падения напряжения в линии вторичного питания. Компания, в которой я работал, начинала производственную деятельность на рынке с выпуска таких всепогодных камер. С внешним питающим напряжением +12V и нижним отрицательным рабочим пределом в минус 40 градусов С. Однако, именно падение напряжения в линии вторичного питания, которые зачастую не хотели учитывать потребители, и описанные выше проблемы, заставили перейти к производству термокожухов с внешним питающим напряжением +24В, как основной позиции, как наиболее универсальным в применении. Кроме того, требовалось массовое увеличение диапазона рабочих температур в сторону отрицательных значений. Для такого термокожуха, в отличие от 12-вольтовой схемы питания, стабилизатор питающего напряжения перемещается из блока питания внутрь бокса. Во-первых, он теперь в схеме однозначно присутствует, независимо от желания или нерадивости инсталлятора. Во-вторых, радиатор «кренки» у нас теперь дополнительно участвует в общей схеме обогрева, а не отапливает атмосферу. А самое главное, с блока питания во вторичную линию питания всепогодной камеры подается не 12, а 24 вольта. Поскольку стабилизатор в схеме уже есть, напряжение с блока питания подается не стабилизированное. Как частный случай, есть термокожухи с переменным внешним питающим напряжением 24 вольта. В таком варианте в схеме дополнительно еще участвует выпрямитель, также установленный в термокожухе. Отдельно мы эту схему подробно разбирать не будем. Тем более, что применение таких камер (термокожухов) однозначно определяется наличием централизованного питания ~ 24V на объекте. Главное, наличие стабилизатора с одной стороны допускает достаточно широкий разброс напряжений, подаваемых с блока питания на термокожух, строго обеспечивая подачу непосредственно на установленную в него камеру требуемых 12V. И этот самый допустимый разброс в сторону уменьшения позволяет инсталлятору при общем грамотном построении системы вообще не озадачиваться вопросами падения напряжения в линии вторичного питания. Если на стабилизатор будет подано 15В, то он все равно гарантированно выдаст на камеру положенные 12V. То есть, при выходном напряжении с блока питания 24V допускается падение напряжения в линии 9V. Кроме того, системе обогрева стабилизированного напряжения не требуется, она питается непосредственно от блока питания напряжением 24V за вычетом падения напряжения в линии. Напряжение питания увеличивается практически вдвое (за вычетом потерь). Значит, при той же мощности обогрева потребляемый ток уменьшится почти вдвое. То есть, только за счет повышения внешнего питающего напряжения до 24V мы почти вдвое уменьшим падение напряжения в линии, а саму линию вторичного питания можем пропорционально еще увеличить. Или же увеличить мощность обогрева – как для увеличения внутреннего обогреваемого объема, так и для снижения нижнего отрицательного рабочего предела. При прокладке вторичного питания кабелем ШВВП 2х0,75 для всепогодной камеры с максимальной потребляемой мощностью 18Вт при длине линии до 150 метров вопросами падения напряжения можно вообще не озадачиваться. А устанавливать блок питания далее смысла все равно не будет. Подобные линии подвержены воздействию опасных наведенных напряжений, как по линии сигнала, так и по линии питания, и установка защитной аппаратуры потребуется, скорее всего, гораздо ближе к камере. Передача по коаксиальному кабелю на больших расстояниях возможно будет связана с влиянием различных помех, то есть потребуется установка специальной аппаратуры передачи. Если говорить об IP-камерах, то для передачи по линии Ethernet по витым парам все ограничится максимальными дальностями в 100 метров без установки дополнительной аппаратуры – как минимум, это удлинители интерфейса, а скорее всего, сетевые коммутаторы. И опять-таки потребуется защитная аппаратура. И блок питания в подобную аппаратуру защиты элементарно устанавливается в самом простом своем исполнении просто на din-рейку. А питание самой аппаратуры климатической защиты осуществляется уже от линии первичного питания 220V. Вот от нее же в самой этой аппаратуре климатической защиты (для аналоговых систем еще можно ограничиться обогреваемыми гермокоробками, а для IP-систем это уже исключительно термошкафы различных размеров) и будет подано питание на блок питания собственно видеокамеры. Подобная схема с большим запасом входной мощности позволяет делать термокожухи практически для всех массовых моделей камер и объективов, представленных на рынке, с диапазоном рабочих температур от минус 60 градусов С, а то и ниже. Подобную схему термокожуха с внешним питанием 24V можно считать наиболее универсальной, способной решать практически все задачи рынка видеонаблюдения. Переходим к следующему варианту исполнения термокожуха. А именно, все элементы схемы рис.1 засовываем в сам термокожух – и блок питания, и стабилизатор, и саму камеру с объективом. И получаем всепогодную видеокамеру с внешним питанием 220V. Система обогрева может питаться и выходным напряжением встроенного блока питания, и непосредственно от 220V. Казалось бы, все просто. Запаса мощности – хоть отбавляй. Снята масса вопросов и проблем. Никаких падений напряжений в линии вторичного питания учитывать не надо. Хотя справедливости ради, и для линии в 220V при огромных протяженностях трасс и большом количестве потребителей падение напряжения даже в первичной линии питания учитывать надо. Грамотный выбор сечения магистрального питающего кабеля все равно остается актуальной задачей для любого объекта и любого оборудования. Нет вопросов с местом установки блока питания и его климатической защиты – он сам обогревается системой обогрева термокожуха. Есть всего две клеммы подключения, к которым надо просто подсоединить два провода магистрали 220V. Остается только работать с выходным сигналом. Тем не менее, всякий раз следует полностью и всесторонне осмыслить ситуацию, а не поддаваться первоначальному соблазну, на котором как раз будет играть рынок продаж таких термокожухов. Начнем с того, что нередко на объектах или в каких-то отдельных его частях просто не допускается прокладка высоковольтного напряжения. Если говорить, например, о взрывопожароопасных объектах, то при требуемом классе защиты 0 Ex никаких линий с напряжением 220 В быть не может. Но даже не касаясь вопросов взрывобезопасности всегда полезно поинтересоваться о допустимости прокладки высоковольтных линий, а также каких-то дополнительных требований к ним. Ну, а если уж ведется такая прокладка, делать это нужно в строгом соответствии со всеми техническими требованиями надзорных органов. Может потребоваться и наличие специального допуска у персонала, ведущего монтаж системы с подобным оборудованием. Поскольку термокожух выполнен из металла, и непосредственно в нем осуществляется подключение к линии питания 220V, по требованиям электробезопасности от должен иметь защитное заземление. На самом боксе клемма заземления есть. А вопрос, как будет производиться заземление в месте установки камеры, уже имеет техническое решение еще до момента ее приобретения? И как должно выполняться такое заземление, монтажники знают? Очень часто отказы в работе видеокамеры связаны со сбоями и авариями в общей системе электропитания. Страдает при этом, в первую очередь, блок питания. Который в данном варианте установлен не отдельно, а в термокожухе самой камеры. Значит, в любом случае при всякой подобной неисправности придется снимать камеру со штатного места и вскрывать термокожух. Были в моей практике случаи, когда блок питания буквально сгорал пламенем из-за аварийных ситуаций в системе электропитания. В одном случае камера совсем не пострадала, в другом оказалась вполне ремонтопригодной. Но в наших случаях блок питания был установлен отдельно. И выгорел полностью. Если бы блоки питания были установлены в одном термокожухе с камерами, последние потребовали бы полной замены. Скорее всего, вместе с термокожухами. Поэтому общая ситуация с электропитанием на объекте непременно должна приниматься во внимание при выборе всепогодной камеры в пользу 220-вольтового варианта. Ну, и всегда надо учитывать, что магистральная аппаратура для любой камеры в системе блоком питания не ограничивается. А для варианта со встроенным блоком питания – тем более. На каждое ответвление линии питания к каждой камере должен быть в обязательном порядке установлен автоматический выключатель. В противном случае при любых ремонтно-профилактических работах даже с какой-то одной камерой системы придется отключать питание всей системы, оставляя объект без видеонаблюдения. А какие-либо аварийные случаи на одном потребителе могут привести к выходу из строя всей системы электропитания. С одной стороны, высоковольтное питание камеры позволяет организовывать большие протяженности кабельных трасс. С другой – чем больше такая протяженность, тем выше риск возникновения в линии опасных наведенных напряжений. И актуальность защитной аппаратуры более, чем очевидна. Причем, возможно, потребуется защитная аппаратура не только третьего, но и второго класса, и защита от перенапряжений. Плюс ранее уже упоминавшаяся защитная и магистральная аппаратура для сигнальной линии. И автоматические выключатели, и защитную аппаратуру, и просто клеммы подключения к общей магистрали надо где-то разместить и защитить от вешней среды. А то и обеспечить климатическую защиту в зависимости от конкретных условий. И опять обязательными элементами построения системы становятся монтажные гермокоробки, а то и термошкафы. В зависимости от габаритных размеров всего необходимого магистрального оборудования и его климатического допустимого режима работы. То есть, главный, казалось бы, довод относительно встроенного в термокожух блока питания серьезной актуальностью не обладает. И даже напротив, при необдуманном выборе способен создать дополнительные трудности для инсталлятора в сравнении с вариантом выносного блока питания. Тем не менее, раз эти боксы рынок покупает, значит, и они имеют свое применение. Главное, чтобы такое применение было полностью продуманным. Вероятно, в список обоснованного выбора могут попасть видеокамеры с относительно короткими длинами кабельных трас, не подверженные влиянию опасных наведенных напряжений или наводимых помех с имеющимся высоковольтным питанием вблизи мест установки. Или же питание термокожухов, требующих большие мощности для обогрева – боксы большого размера для каких-то специализированных камер, боксы для экстремально низких температур. Окончание – в следующем номере.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 1  (голосов: 2)
Ваша оценка: