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 typu RG59, który zwykle oprócz kabla koncentrycznego posiada dwie żyły zasilające. Dostępny jest w kilku wersjach wykonania np. YAR 75 M5995 o przekroju żył zasilających 0,5 mm² i YAP 75 M6100 o żyłach 1,0 mm² przeznaczony do montażu wewnątrz i wersja przeznaczona do montażu na zewnątrz XAP 75 M6103. Posiada on znak CE. Część koncentryczna tego przewodu posiada oplot zapewniający 90% pokrycia.

Do zalet zasilania na 230 V niewątpliwie można zaliczyć odległość, na jaką można przesłać to napięcie jak i powszechną dostępność sieci zasilającej.
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.

Obudowy zewnętrzne do kamer Marathon z grzałką zasilane 230V AC MH-806/230 M54141 i MH-805/230 M5415 posiadają znak CE. Posiadają też zacisk dla przewodu ochronnego.

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 przewodu YAP 75 M6100 lub w płaszczu PE XAP 75 M6103 można przesłać obraz na 300-350 metrów z akceptowalnym pogorszeniem jakości. Dopiero powyżej 350 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 zasilania 12V DC 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 typu box wynosi ok 200 mA. Przyjmując dla pewności działania maksymalną wartość pobieranego prądu przez kamerę, to z prawa Ohma wynika, że maksymalna odległość zasilania dla przewodu YAR 75 M5995 2x0,5 mm² to ok. 70 m, a dla YAP 75 M6100 2x1,0 mm² to ok. 140 m.

Gdy zostanie dołączona grzałka na 12 V znajdująca się w obudowie zewnętrznej M5406 odległość ta dla przewodu YAR 75 M5995 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, M18281,M1823, M18294, M18296.

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 YAR 75 M5995 na odległość 60 m, a YAP 75 M6100 M6100 na odległość 120 metrów. Dla zestawu zewnętrznego składającego się z kamery u-cam 630 M11194 i obudowy z grzałką Marathon MH-806/12 M5406 pobór prądu wynosi 750 mA. Dla takiego zestawu maksymalne odległości wynoszą: dla kabla YAR 75 M5995 19 metrów a dla YAP 75 M6100 to 38 metrów.

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 12-15 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.

Dodaj do koszyka towary ze schematu

Dodaj do koszyka towary ze schematu

Dodaj do koszyka towary ze schematu

W przypadku większych odległości, stosowania obudów z grzałkami czy dodatkowych oświetlaczy podczerwieni 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.

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.

Z ekonomicznego punktu widzenia użycie jako medium transmisyjnego skrętki np. NETSET E1408 jest najlepszym rozwiązaniem, ze względu na niski koszt kabla (ale nie jest korzystne na krótkich odcinkach, bo trzeba doliczyć koszt transformatorów wideo). Dodatkową zaletą przesyłania wideo po skrętce jest brak zakłóceń energetycznych (np. włączanie maszyn dużej mocy) ze względu na różnicowe przesyłanie sygnału. Jednak odległości na które można przesłać napięcie zasilające 12V DC są mocno ograniczone. Z uwagi na to, że średnica przewodu w skrętce to ok 0.5mm², pole przekroju poprzecznego wynosi ok. 0,1963mm². Jest to więc przewód ponad dwukrotnie cieńszy od typowego, używanego w CTV przewodu zasilającego 0,5mm². Przyjmując pole przekroju 0,2mm ², odległość na jaką można zasilić typową kamerę kompaktową o zużyciu prądu 0,5A wynosi tylko 11m. Częstą praktyką jest łączenie 3 par w celu zasilania kamery. Wtedy odległość na jaką można zasilić kamerę rośnie 3-krotnie.
Należy jeszcze pamiętać, że maksymalny wartość prądu, który można przesłać przy użyciu skrętki wynosi maksymalnie 1A.

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. Standard POE pozwala na przesył zasilania na odległość do 100m.

PoE IEEE 802.3af pozwala na przesłanie maksymalnej mocy 15,4 W (napięcie 48V, prąd 0.35A) razem z sygnałem cyfrowym przez skrętkę kat.3 lub wyższej. Do przesyłu zasilania wykorzystywane są dwie nieużywane pary przewodów (trzecia niebieska i czwarta brązowa).
Zasilanie w standardzie PoE może być generowane zarówno przez dedykowany zasilacz np. PSA16U-480 M1890 jak i switch sieciowy TP-LINK TL-SF1008P 8x10/100 Mb/s (4xPoE) N29930. To drugie rozwiązanie w wielu przypadkach znacznie upraszcza instalację i obniża jej koszt. Łączy ono w sobie funkcję switcha i czterech zasilaczy PoE.

Profesjonalne kamery IP (wszystkie kamery IP firmy Sunell) mogą być zasilane przy wykorzystaniu standardu PoE IEEE 802.3af.

Istnieją również adaptery pozwalające na przesłanie napięcia z zasilacza zewnętrznego poprzez skrętkę. Urządzenia te używają niewykorzystanych do przesyłu danych pary skrętki i nie zakłócają przepływu danych w sieci.

Innym, wygodnym sposobem zasilania kamer jest zasilanie przez kabel koncentryczny - sygnał wideo i zasilanie przesyłane jest poprzez jeden kabel.
Transformatory Etrix PoC P-201 M16201 i P-204 M16204 umożliwiają przesył wideo i zasilania po przewodzie koncentrycznym nawet do 800 m, bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń wzmacniających. Urządzenie dedykowane jest do pracy z przewodami koncentrycznymi o impedancji 75 Ω, zgodnymi ze specyfikacją RG-59 lub wyższymi. Maksymalny zasięg jest determinowany jakością wykorzystanego przewodu koncentrycznego. Zasięg 800 m osiągnięto na przewodzie Triset-113.