New Page 1

W opisach systemów monitoringu wizyjnego - temat zasilania kamer poruszany jest nader rzadko a stanowi on często główną przyczynę wadliwie działającego systemu. Produkowane są kamery zasilane napięciem stałym (DC) 12V, oraz zasilane napięciem zmiennym (AC) 24V lub 230V. Kamery zasilane 24 V AC nie przyjęły się na naszym rynku, wobec czego w ofertach firm mamy do wyboru kamery 12V DC oraz 230V AC.

Najczęściej stosowanym przewodem do transmisji obrazu jest kabel YAP 75-0.59/3.7+2x0,5 posiadający oprócz kabla koncentrycznego dwie żyły zasilające.

Do zalet zasilania na 230V niewątpliwie można zaliczyć odległość, na jaką można przesłać to napięcie jak i powszechną dostępność sieci w instalowanych obiektach. Na tym jednak zalety zasilania tym napięciem się kończą. Do najpoważniejszych wad takiego rozwiązania należy brak bezpieczeństwa zarówno użytkowników jak i ekip montujących.

Jednoznacznie można stwierdzić, że montując kamery na 230V – działamy niezgodnie z prawem, a co najważniejsze stwarzamy zagrożenie dla ewentualnych przyszłych użytkowników. Wyobraźmy sobie, że nawet po paru latach od upływu terminu gwarancji na daną instalację, dojdzie do incydentu, w którym instalator stojąc na drabinie dotknie metalowej obudowy będącej pod napięciem 230V. Możemy zostać z tego tytułu pociągnięci do odpowiedzialności karnej o nieumyślne spowodowanie śmierci. Montaż instalacji na 230V w telewizji przemysłowej przypomina trochę zakładanie bomby z opóźnionym zapłonem. Jeżeli więc chcemy spać spokojnie, rozpatrzmy sposoby zasilania kamer niskimi napięciami.

Gorszej jakości obudowy dotyczą przeważnie importu z Dalekiego Wschodu. Obudowy produkowane w Europie np. przez firmę Molynx wyposażone są w odpowiednie zabezpieczenia, znak CE a nawet wentylator rozprowadzający wewnątrz równomiernie całe ciepło z termostatu, niestety są one zdecydowanie droższe.

Do zalet tego napięcia zasilającego należy zaliczyć niewątpliwie bezpieczeństwo.

Do wad należy zaliczyć odległość przewodu zasilającego a dokładniej spadek napięcia na przewodzie ograniczający długość przewodu. Proszę zauważyć, że producenci kamer podają w danych technicznych suchą informację dotyczącą zasilania kamery = 12V DC. Nie podają natomiast odchyłek, jakie może mieć napięcie zasilające, by kamera bez przeszkód funkcjonowała. Czy zatem napięcie 11,8V jest już niewłaściwe? Czy podłączenie np. do akumulatora o napięciu 13V 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. Otóż przetestowaliśmy kilkanaście kamer różnych producentów i doszliśmy do wniosku, że napięcie na kamerze nie powinno spaść poniżej 11V. Większość kamer przestawała działać w okolicach 10,5V. Poniżej 11V kamery gubiły kolor lub były kłopoty z ich załączeniem. Tak więc przy zasilaniu kamer napięciem 12V w dalszych rozważaniach przyjęliśmy jako dopuszczalny, spadek napięcia na przewodzie maksymalnie o 1V.

Producent przewodu YAP gwarantuje rezystancję przewodu zasilającego nie większą niż 5,5 Ohm/100m (dla jednej żyły). Z naszych losowych pomiarów ( z kilku dostaw) wynika, ze rezystancja ta wynosi ok. 3,775 Ohm/100m. (teoretycznie kabel o przekroju 0.5 mm² powinien mieć oporność 3,4 Ohm/100m.) Prąd pobierany przez typową kamerę wynosi od 150 do 250mA. Przyjmując dla pewności działania maksymalną wartość pobieranego prądu przez kamerę, to z prawa Ohma wynika, że maksymalna odległość zasilania to ok. 60 m.

Odległość ta maleje do ok. 20m, gdy dołączymy termostat z grzałką na 12V (np. TT-12E).

Są to drastycznie małe odległości. Możemy je zwiększyć przez położenie kabla o większym przekroju. Niestety wiąże się to z większymi kosztami.

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]

Tabela przedstawiająca maksymalny prąd jaki możemy przesłać przez kable o zadanej długości, by spadek napięcia nie przekroczył 1V.

Z tabeli wynika, iż aby zasilić kamerę o poborze 245 mA na odległość 300m musimy użyć kabla 2,5 mm². Nawet dla tak dużego przekroju kabla kamerę z termostatem możemy podłączyć na odległości maksymalnie 90m. O kosztach takiej instalacji lepiej nie wspominajmy.

Możemy przyjąć, że zasilimy kamerę wyższym napięciem i skompensujemy 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.

Sensownym rozwiązaniem jest tzw. „niskonapięciowe zasilanie” polegające na podaniu bezpiecznego napięcia 40V DC z zasilacza ZK-40

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 montażu jest niesamowicie krótki w porównaniu z montażem zasilaczy przy każdej kamerze osobno. Opisany wyżej zasilacz ZK-40/16 umożliwia podłączenie aż 16 kamer. W przypadku mniejszej ilości proponujemy tańszy ZK-40/6.

Ponieważ użyta stabilizatory są impulsowe, dlatego możemy bez obawy podłączyć je zarówno na odległości 1m jak i 1000m. 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 250m możemy korzystać z transformatora zasilającego 24V AC. Przy większych odległościach zalecany jest transformator 29V AC. System niskonapięciowy z wykorzystaniem wyżej opisach zasilaczy pozwala na przesłanie napięcia do kamer z termostatami do 300m a bez termostatów do 980m. Ilość kamer zasilanych z jednego zasilacza zależy od sumarycznej długości kabli zasilających. Poniżej przedstawiamy tabelę z przykładowymi rozwiązaniami i parametrami dla sześciu różnych projektów.

1	14 kamer bez termostatów do 980 metrów
2	4 kamery z termostatami do 300 metrów
3	6 kamer: 2 kamery z termostatami do 300 metrów 4 kamery bez termostatów do 980 metrów
4	16 kamer bez termostatów do 100 metrów
5	6 kamer z termostatami do 100 metrów
6	12 kamer: 2 kamery z termostatami do 100 metrów 10 kamer bez termostatów do 100 metrów

Podobne rozwiązanie zostało wprowadzone przy jednoczesnym przesyłaniu sygnału wizyjnego i zasilania po skrętce komputerowej. W przypadku samej transmisji sygnału za pomocą skrętki możemy użyć taniego transformatora video TR-1.

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,

Sygnał wizyjny przesyłany jest identycznie jak w TR-1, natomiast napięcie przesyłane jest przez zwarte, pozostałe pary, identycznie jak w SK-40.
Można też użyć odbiornika na cztery kamery TRO-4/400

Z ekonomicznego punktu widzenia użycie skrętki jest najlepszym rozwiązaniem, ze względu na niski koszt (ok. 68 gr./m) 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:

OBCIĄŻENIE	MAKSYMALNA ODLEGŁOŚĆ PRZY ZASILANIU ~24V	MAKSYMALNA ODLEGŁOŚĆ PRZY ZASILANIU ~29V
1 kamera 250mA	1080 metrów	1600 metrów
1 kamera 250mA+ termostat 500mA	260 metrów	500 metrów

Przykładowe zasilacze napięcia zmiennego używane w zasilaniu po skrętce 29V/2,5A

Na koniec należy jeszcze zwrócić uwagę na zjawisko tętnienia w zasilaczach. Tętnienie jest to składowa sieci 50 Hz, która mimo odfiltrowania pojawia się na wyjściu zasilacza. Tętnienia wzrastają wraz z obciążeniem zasilacza i po przekroczeniu nominalnej wartości obciążenia staja się tak duże, ze mogą pojawić się na ekranie w postaci jaśniejszych i ciemniejszych grubych poziomych pasów. Najczęściej pasy te przesuwają się wolno po ekranie (dotyczy kamer nie synchronizowanych siecią). Pomiar wartości tętnień wymaga oscyloskopu. Jest to więc znaczne utrudnienie podczas uruchamiania instalacji.
Pamiętajmy więc, by po załączeniu wszystkich możliwych odbiorników nie przekraczać prądu znamionowego zasilacza.

Długość kabla	Max. Prąd YAP 0.5 mm²	Max. Prąd kabel 1,0 mm²	Max. Prąd kabel 1,5 mm²	Max. Prąd kabel 2,5 mm²
[m]	[A]	[A]	[A]	[A]
10	1,471	2,941	4,412	7,353
20	0,735	1,471	2,206	3,676
30	0,490	0,980	1,471	2,451
40	0,368	0,735	1,103	1,838
50	0,294	0,588	0,882	1,471
60	0,245	0,490	0,735	1,225
70	0,210	0,420	0,630	1,050
80	0,184	0,368	0,551	0,919
90	0,163	0,327	0,490	0,817
100	0,147	0,294	0,441	0,735
150	0,098	0,196	0,294	0,490
200	0,074	0,147	0,221	0,368
250	0,059	0,118	0,176	0,294
300	0,049	0,098	0,147	0,245
350	0,042	0,084	0,126	0,210
400	0,037	0,074	0,110	0,184
450	0,033	0,065	0,098	0,163
500	0,029	0,059	0,088	0,147