Zasilanie w instalacjach monitoringu

Zasilanie kamer przemysłowych.
W opisach systemów monitoringu wizyjnego - temat zasilania kamer poruszany jest nader rzadko, a stanowi on często główną przyczynę wadliwie działającego systemu. Produkowane kamery zasilane są napięciem stałym 12 V, oraz napięciem zmiennym 24 V lub 230 V.

Najczęściej stosowanym przewodem do transmisji obrazu jest przewód CAMSET, posiadający oprócz kabla koncentrycznego dwie żyły zasilające. Dostępny jest w kilku wersjach wykonania np. CAMSET M5995 o przekroju żył zasilających 0,5 mm² i CAMSET 100 M6100 o żyłach 1,0 mm² przeznaczony do montażu wewnątrz i wersja przeznaczona do montażu na zewnątrz M6103_100. Posiada on znak CE.. Część koncentryczna tego przewodu posiada oplot zapewniający 92% pokrycia. O jakości użytych materiałów i perfekcji wykonania świadczy 6 letnia gwarancja producenta.

Do zalet zasilania na 230 V niewątpliwie można zaliczyć odległość, na jaką można przesłać to napięcie jak i powszechną dostępność sieci obiektach.
Jednak praca z napięciem niebezpiecznym AC230 V wymaga przestrzegania zasad bezpieczeństwa. Ważne jest m.in. odpowiednie zabezpieczenie urządzeń, dobór odpowiednich przewodów - wszystkie zagadnienia związane z napięciem 230V zawierają odpowiednie przepisy i normy.

Wszystkie urządzenia powinny mieć znak CE.
Obudowy zewnętrzne do kamer TS-806H Marathon z grzałką 220V M54141 posiadają znak CE. Posiadają też zacisk dla przewodu zerowego.

Grzałki i termostaty zamontowane w obudowach mają miejsca nieizolowane t.j. przewody i punkty lutownicze. Montaż wymaga zachowania dużej ostrożności, dlatego polecamy stosowanie urządzeń zasilanych napięciem bezpiecznym DC12V.

W instalacjach CCTV często istnieje konieczność prowadzenia długich przewodów sygnału wizji jak i zasilania. Z przesłaniam obrazu nie ma większego problemu. Z naszych doświadczeń wynika, ze za pomocą CAMSET M5995 lub w płaszczu PE M5997 można przesłać obraz na 300-400 metrów z akceptowalnym pogorszeniem jakości. Dopiero powyżej 400 m potrzebny jest wzmacniacz M1840. Problemy związane z odległością pojawiają się przy zasilaniu. Analizując zasilanie 12 V należy stwierdzić, że zaletą tego napięcia zasilającego jest bezpieczeństwo pracy instalacji.

Do wad należy zaliczyć spadek napięcia na przewodzie ograniczający długość przewodu zasilającego.

Producenci kamer podają w danych technicznych informację dotyczącą zasilania kamery - 12 V DC. Nie podają natomiast odchyłek, jakie może mieć napięcie zasilające, by kamera bez przeszkód funkcjonowała. Czy zatem napięcie 11,8 V jest już niewłaściwe? Czy podłączenie np. do akumulatora o napięciu 13 V uszkodzi nam kamerę?

W przypadku rzetelnych informacji powinna być podana dolna i górna granica napięć zasilających. W naszym przypadku interesuje nas dolna granica, przy której kamera funkcjonuje jeszcze prawidłowo. Przetestowaliśmy kilkanaście kamer różnych producentów i doszliśmy do wniosku, że napięcie na kamerze nie powinno spaść poniżej 11 V. Większość kamer przestawała działać w okolicach 10,5 V. Poniżej 11 V kamery gubiły kolor lub były kłopoty z ich załączeniem. Przy zasilaniu kamer napięciem 12 V w dalszych rozważaniach przyjęliśmy jako dopuszczalny, spadek napięcia na przewodzie maksymalnie o 1 V.

Przewód miedziany wykonany z linki miedzianej o przekroju 0,5 mm² w temperaturze 20 ^oC ma oporność 39 Ω/km, natomiast o przekroju 1,0 mm² 19,5 Ω/km. Prąd pobierany przez typową kamerę wynosi od 150 do 250 mA. Przyjmując dla pewności działania maksymalną wartość pobieranego prądu przez kamerę, to z prawa Ohma wynika, że maksymalna odległość zasilania dla przewodu CAMSET 50 2x0,5 mm²to ok. 60 m. a dla CAMSET 100 2x1,0 mm²to ok. 120 m.

Gdy zostanie dołączona grzałka na 12 V znajdująca się w obudowie zewnętrznej M5406 odległość ta dla przewodu M5997 o przekroju 0,5 mm² maleje do ok. 20 m. Jest to drastycznie mała odległość. Można ją zwiększyć przez położenie kabla o większym przekroju np. CAMSET 100 M6100 o przekroju żyły 1,0 mm². Odległość wzrośnie dwukrotnie do około 40 metrów. Można również stosować zasilacze o regulacji napięcia zasilania np. M1828.

Poniżej przedstawiono tabelę pokazującą, jaki maksymalny prąd możemy przesłać przy wybranej odległości i przekroju poprzecznym kabla. Do obliczeń przyjęto spadek 1V i korzystano z prawa Ohma obliczając rezystancję przewodu ze wzoru: R=2pL/S, gdzie:

R - rezystancja kabla ( dla dwóch żył) [Ω]
p - opór właściwy miedzi 0,017 [Ω mm²/m]
L - długość przewodu [m]
S - przekrój przewodu [mm²]

Z tabeli wynika że kamerę o poborze prądu 245 mA można zasilić przewodem CAMSET M5997 na odległość 60 m. a CAMSET 100 M6100 na odległość 120 metrów. Dla zestawu zewnętrznego składającego się z kamery u-cam 110 M1128 i obudowy z grzałką Marathon MH-806/12 M5406 pobór prądu wynosi 900 mA. Dla takiego zestawu maksymalne odległości wynoszą: dla kabla CAMSET M5995 17 metrów a dla CAMSET 100 M6100 to już 34 metry.

Można też przyjąć, że kamera zostanie zasilona wyższym napięciem, kompensując stratę na przewodzie. Metoda ta ma jednak tę wadę, że przy zmiennym obciążeniu (włączanie i wyłączanie termostatu) spadek napięcia będzie się zmieniał i przy dużej odległości, wzrost napięcia przy wyłączeniu termostatu może uszkodzić kamerę. Natomiast przy stałym obciążeniu (np. dla kamer wewnętrznych) musimy stosować dla każdej kamery osobny regulowany zasilacz w zależności od długości kabla.

Do zasilania kamer można stosować:

• zwykłe zasilacze 12 V - przy krótkich odcinkach,
• zasilacze regulowane 12-14,5 V,
• "niskonapięciowe zasilanie" z zasilacza ZK-40 M1830, i zastosowaniem stabilizatora na 12 V SK-40 M1831 przy kamerze.

Przykładowa instalacja z zasilaczem regulowanym 12-14 V/2,5 A M1828
Zasilacz ten pozwala na zasilanie 8-10 typowych kamer sufitowych lub kompaktowych o poborze prądu 200 - 250 mA. Istnieje możliwość regulacji napięcia wyjściowego w zakresie 12-14 V, co może służyć do kompensacji spadku napięcia na rezystancji długich kabli zasilających. Zasilacz wyposażony jest w sześciozaciskową listwę, co umożliwia łatwe podłączenie urządzeń.

Na każdym z wyjść umieszczone jest gniazdo bezpiecznika, który należy odpowiednio dobrać. Maksymalny prąd pobierany przez ten zasilacz nie powinien przekraczać 2,5 A.

Do podłączenia kamer warto zastosować gotowe przewody o długości 1,5 m zakończone złączem DC 2.1/5.5 E0695. Jeśli kamery są zasilane kablami o minimalnej długości 10m i maksymalnej 100 m i o powierzchni 0,5 mm² (para zasilająca w przewodzie M5995) to, przy założeniu, iż każdy kabel przenosi takie same obciążenie 200 mA, spadek napięcia wyniesie od 10 m x 0,1 Ω/m x 0,2 A = 0,2 V do 100 m x 0,1 Ω/m x 0,2 A = 2 V. Gdyby zasilić kamery napięciem 12 V, to po uwzględnieniu spadku napięcia na kablach zasilania, kamery otrzymają od 10 (to mniej niż typowe minimalne napięcie zasilania 11 V) do 11,8 V (w normie). Jednakże możemy, dzięki regulacji napięcia w zasilaczu M1828, podnieść je o 1 V. Wtedy na kamerach otrzymamy napięcie zasilania od 11 V do 12,8 V, co oznacza, że każda kamera jest zasilana poprawnym napięciem.

W przypadku większych odległości, stosowania termostatów profesjonalnym rozwiązaniem jest tzw. “niskonapięciowe zasilanie” polegające na podaniu bezpiecznego napięcia 40V DC z zasilacza ZK-40 M1830, i zastosowaniu stabilizatora na 12V SK-40 M1831 przy kamerze.

Ewentualne spadki napięcia związane z długością linii lub włączeniem się termostatu eliminowane są przez stabilizator. Przypomnijmy, że napięcie bezpieczne dla człowieka to 60V DC i 48 V AC. Podstawowa cechą takiego rozwiązania jest bezpieczeństwo, natomiast pozostaje jeszcze aspekt ekonomiczny. Otóż koszt stabilizatorów jak i zasilacza (zasilacz nie musi być stabilizowany) jest taki sam lub mniejszy, jak w przypadku gdybyśmy chcieli do każdej kamery doprowadzić na ścianie kabel energetyczny, zakończyć go gniazdem i w gnieździe ( lub puszce) umieścić typowy, stabilizowany zasilacz na 12V. Dodatkową zaletą stosowania zasilania niskonapięciowego jest fakt, że całość możemy zasilać z jednego punktu. Mamy, więc możliwość podłączenia całości pod UPS. Ponadto czas montaż jest krótki w porównaniu z montażem zasilaczy przy każdej kamerze osobno. Opisany wyżej zasilacz umożliwia podłączenie aż 16 kamer. W przypadku mniejszej ilości proponujemy tańszy: M1829.

Ponieważ użyto stabilizatorów impulsowych, dlatego możemy bez obawy podłączyć je zarówno na odległości 1 m jak i 1000 m. Straty ciepła w stabilizatorze będą w obu przypadkach identyczne. Niemniej należy pamiętać, że ze wzrostem odległości wzrasta pobór prądu z zasilacza (dla skompensowania wzrostu rezystancji kabla). Dlatego im krótsze będą przewody zasilające, tym mniejszy prąd będzie pobierany z zasilacza i tym samym więcej kamer możemy zasilić z jednego transformatora. Dla odległości do 250 m możemy korzystać z transformatora zasilającego 24 V AC. Przy większych odległościach zalecany jest transformator 29 V AC. System niskonapięciowy z wykorzystaniem wyżej opisach zasilaczy pozwala na przesłanie napięcia do kamer z termostatami do 300 m a bez termostatów do 980 m. Ilość kamer zasilanych z jednego zasilacza zależy od sumarycznej długości kabli zasilających. Poniżej przedstawiamy tabelę z przykładowymi rozwiązaniami i parametrami dla sześciu różnych projektów wykorzystania zasilacza.

Podobne rozwiązanie do “niskonapięciowego zasilania” zostało wprowadzone przy jednoczesnym przesyłaniu sygnału wizyjnego i zasilania po skrętce komputerowej. Przypomnijmy, że w przypadku transmisji sygnału za pomocą skrętki możemy użyć transformatora video TR-1 M16653. Wykorzystujemy wtedy tylko jedną parę przewodów (pozostałe możemy wykorzystać do przesłania napięcia). Urządzeniem wykorzystującym wolne pary do przesłania napięcia, montowanym przy kamerze jest nadajnik TRN-1/400 M1668, a przy monitorze odbiornik TRO-1/400 M1669. Sygnał wizyjny przesyłany jest identycznie jak w TR-1M, natomiast napięcie przesyłane jest przez zwarte, pozostałe pary, identycznie jak w SK-40.

Z ekonomicznego punktu widzenia użycie skrętki E1408 jest najlepszym rozwiązaniem, ze względu na niski koszt kabla. Dodatkową zaletą przesyłania po skrętce jest brak zakłóceń energetycznych (np. włączanie na obiektach maszyn dużej mocy) ze względu na różnicowe przesyłanie sygnału. Odległości, na jakie możemy przesłać napięcie po skrętce są imponujące. Maksymalną odległość zasilania w zależności od użytego transformatora sieciowego i termostatu przedstawia poniższa tabela:

Podsumowując:

• Stosuj bezpieczne napięcia zasilające.
• Odizoluj masę kamery od “ziemi”.
• W droższych urządzeniach (rejestrator, komputer) rozważ użycie dodatkowych zabezpieczeń przed wyładowaniami atmosferycznymi takich jak separatory M1711, ograniczniki M1701 lub listwy przepięciowe P1315.

Do zasilania kamer IP coraz częściej stosuje się zasilacze PoE np. PSA16U-480 M1890. Umożliwiają one poprawne działanie urządzenia z wykorzystaniem tylko jednej skrętki, którą transmitowane są zarówno dane, jak i napięcie zasilające.
Stosowany jest standard IEEE802.3af, który pozwala na podłączenie zasilacza do każdego urządzenia wyposażonego w PoE. Ten rodzaj zasilania stosowany jest już od dawna w urządzeniach sieciowych tj. Access Point, switch.