Características del suministro de energía de los sistemas de videovigilancia.
Chura Nikolay Iosifovich
POTENCIAS DE LOS SISTEMAS DE VIDEOVIGILANCIA
La base de cualquier sistema de videovigilancia de seguridad son las cámaras de vídeo.
La capacidad de implementar sus características, la estabilidad y la confiabilidad de operación determinan en gran medida los parámetros y el rendimiento de todo el sistema en su conjunto.
Además, las cámaras de vídeo suelen estar situadas en condiciones climáticas diversas, a menudo desfavorables, a distancias muy diferentes y bastante grandes de otros dispositivos.
En este artículo no consideraremos la televisión. cámaras alimentadas directamente desde la red industrial.
En este tipo de cámaras, la calidad de la tensión de alimentación la garantiza el propio fabricante de la cámara. Se minimiza la interferencia de las cámaras a través de los circuitos de alimentación.
En las líneas de conexión solo fluyen corrientes de señal de vídeo y, con el cableado adecuado, las pérdidas y las interferencias mutuas son mínimas.
Con todas las ventajas de la estructura mencionada anteriormente, los sistemas que alimentan cámaras de televisión con corriente continua son bastante comunes.
Aparentemente, esto se debe a algunos ahorros debido al menor número de fuentes de energía. utilizadas, las menores dimensiones y peso de las cámaras de televisión, y la seguridad eléctrica del sistema, así como la facilidad para proporcionar un control unificado sobre el suministro eléctrico de todo el sistema y su relativa autonomía.
El suministro de energía desde una red industrial no tiene alternativas para las cámaras de televisión externas en carcasas presurizadas con calefacción, dado su alto consumo energético y a distancias de más de 100 — 150 metros.
Sin embargo, debido Debido a la minimización del tamaño de las cámaras de televisión modernas y a la reducción del consumo de energía para calefacción, así como a la creciente distribución de cámaras de televisión selladas en miniatura sin calefacción especial con un rango ampliado de temperaturas de funcionamiento, el uso de la red eléctrica a menudo resulta subóptimo.
Una cámara de video moderna es un dispositivo bastante económico. Las cámaras de vídeo más habituales actualmente con matriz CCD de 1/3 de pulgada tienen un consumo típico de no más de 100 — 120 mA a una tensión de 12 V CC.
Color o alta -Las cámaras de vídeo de resolución tienen un consumo de corriente elevado, pero que no supera los 200 — 250 mA.
El rango de voltaje de funcionamiento de las cámaras de varios fabricantes oscila entre ± 10 y ± 30% del nominal. valor.
La presencia de estabilizadores y convertidores de voltaje internos asegura una sensibilidad relativamente baja de una cámara de televisión moderna a la estabilidad del voltaje de suministro.
A pesar de esto, la tentación de usar «adaptadores» baratos y deben evitarse los rectificadores.
Utilizan transformadores de baja calidad con una sección transversal pequeña y una calidad mediocre del núcleo magnético.
Para Por razones de economía, el número de vueltas del devanado primario es mínimo.
Esto conduce a la saturación del núcleo, un aumento en el campo parásito y una distorsión de la forma sinusoidal de la corriente y el voltaje. Un aumento en la resistencia interna aumenta significativamente la relación entre el voltaje de salida en reposo y con carga nominal.
En lugar de 1,4, esta relación puede llegar a 2 — 2,5. Si la capacidad de carga no coincide con el consumo, la cámara de vídeo puede fallar debido al aumento de la tensión de alimentación.
Para alimentar cámaras de video, lo más óptimo es utilizar fuentes de alimentación estabilizadas.
Además del voltaje constante, incluso la fuente más simple basada en un estabilizador integrado estándar, debido a su baja impedancia de salida. , garantiza, como mínimo, la ausencia de influencia mutua de las cámaras de vídeo conectadas a él .
Sin embargo, esto sólo se aplica a un dispositivo diseñado correctamente.
Actualmente, con una gran cantidad de fabricantes ingresando al mercado, que no siempre son lo suficientemente responsables y competentes, a menudo se pueden encontrar fuentes de alimentación que están estabilizadas solo por su nombre.
Típico desventajas de tales productos:
- sobrecalentamiento con carga nominal y tensión de red máxima;
- falta de estabilización con carga nominal y tensión de red mínima;
- RF parásita: generación en los modos anteriores.
Las razones de estas deficiencias son:
- uso de transformadores de baja calidad;
- disipador de calor insuficiente para el estabilizador integrado;
- tensión insuficiente en la entrada del estabilizador;
- falta de bloqueo de RF — condensadores en la entrada y salida del estabilizador;
- baja capacitancia de los condensadores del filtro en la entrada del estabilizador.
Si en este sistema se ven interferencias de cámaras vecinas o estaciones de televisión en las señales de vídeo y la imagen se distorsiona constantemente, se recomienda comprobar la tensión de alimentación con un osciloscopio.
La amplitud de la ondulación y el ruido no debe exceder los 20 – 40 mV.
La pista de ruido no debe contener componentes regulares excepto el primer y segundo armónico de la frecuencia de la red.
La Figura 1 muestra el diagrama del voltaje de salida de una fuente de alimentación con capacidad de filtrado insuficiente y un transformador funcionando en modo de saturación.
En la Fig. 2 — con capacidad de filtro insuficiente y voltaje de entrada bajo para el estabilizador.
La Fig. 3 muestra la excitación del estabilizador a una frecuencia de 1,8 MHz en los momentos en que se produce la estabilización. se alcanza el voltaje.
Fig. 1.
Fig. 2.
Fig. 3.
Si no se puede realizar el monitoreo oscilográfico, es posible realizar una evaluación cualitativa de oído de la naturaleza del ruido de la fuente de energía.
Para hacer esto, puede usar auriculares (auriculares) de cualquier dispositivo electrónico de consumo.
La tensión de salida debe conectarse a los teléfonos a través de un condensador aislante con una capacitancia de aproximadamente 1 — 10 uF y una tensión de funcionamiento de al menos 25 V.
Problemas con la estabilidad del El estabilizador se indica por la naturaleza de modulación del ruido, «componentes que pican», silbidos en la región de alta frecuencia del rango de audio, señales de estaciones de radio y televisión. Como último recurso, puedes realizar un reemplazo de prueba con una fuente de otro fabricante.
El diseño de la fuente de alimentación debe permitir una disipación eficiente del calor inferior a P = 10x Imax. basado en el cálculo de que el elemento estabilizador cae a 10 V.
Si hay una caja metálica, ninguno de los polos de la fuente debe estar conectado a ella, y se debe usar un terminal separado para es necesaria una conexión a tierra.
Actualmente, las fuentes de alimentación con convertidores de tensión conmutados son cada vez más habituales. Como regla general, utilizan convertidores con una frecuencia de repetición de pulsos de hasta 100 kHz y, en algunos modelos, incluso más. Para regular y estabilizar el voltaje de salida, se utiliza un cambio en el ciclo de trabajo de los pulsos a una tasa de repetición constante o variable.
Estas fuentes tienen una gama muy amplia de voltajes de entrada, alta eficiencia y densidad de potencia.
Al mismo tiempo, el principio de funcionamiento de los convertidores determina la presencia de campos electromagnéticos de banda ancha, ondulaciones de corriente y voltaje en los circuitos de entrada y salida. El espectro de esta interferencia puede extenderse a decenas de megahercios.
Además, durante el ajuste y durante el proceso de estabilización de voltaje, la frecuencia y la magnitud de los componentes del espectro de interferencia y la ondulación cambian.
La ondulación en la salida de tales fuentes toma la forma de pulsos muy cortos (menos de µs) de gran amplitud y ciclo de trabajo variable
Además, más eficiente es el convertidor, es decir. cuanto mayor sea la frecuencia y más corto el tiempo de conmutación, más amplio será el espectro de ondulaciones e interferencias.
La normalización de la ondulación por el valor cuadrático medio, adoptada en las fuentes de alimentación de red clásicas, en este caso da valores significativamente subestimados y es completamente inaplicable.
Con un diseño fallido , blindaje deficiente y filtrado insuficiente de los voltajes de entrada y salida, la fuente de alimentación con conversión puede causar diafonía directa y cruzada en el sistema de videovigilancia. Una solución radical a estos problemas podrían ser las fuentes con convertidores sinusoidales resonantes, pero aún no están muy difundidas.
En una típica cámara de televisión moderna, el rango de ondulación de los componentes de la señal de vídeo en el circuito de alimentación no supera los 50 — 80 µA. Esto le permite utilizar una fuente estabilizada para alimentar hasta 5 — 7 cámaras de vídeo y lograr importantes ahorros de costes.
En este caso, es necesario cumplir una serie de condiciones al distribuir líneas eléctricas:
- cada cámara debe estar conectada a la fuente con cables separados;
- Es inaceptable utilizar el cable de señal trenzado para suministrar energía, especialmente para líneas de más de 25 — 30 m;
- cuando se utiliza un bus de alimentación común, su sección transversal debe aumentarse en proporción a la corriente total consumo, y cada cámara debe tener al menos el filtro RC más simple con t = 10 ms;
- la conexión del cable de alimentación del polo negativo al terminal común sólo debe realizarse en la propia cámara;
- La sección transversal de los cables debe seleccionarse teniendo en cuenta la caída de voltaje a través de ellos a una temperatura ambiente mínima, el voltaje de suministro a la cámara no excederá el rango operativo.
Naturalmente, cuanto más extenso y ramificado se cree el sistema, más estrictamente se deben cumplir estos requisitos.
Es extremadamente indeseable, y en algunos casos inaceptable, conectar la salida común de una cámara de video a estructuras metálicas en el lugar de su instalación, especialmente para sistemas extendidos. Además, en muchas cámaras de vídeo, e incluso en aquellas diseñadas para instalación en exteriores, los pines comunes de señal y alimentación están conectados estructuralmente a la carcasa.
Esta conexión puede provocar la aparición de Corrientes de frecuencia industrial en los circuitos del sistema de videovigilancia, capaces de dañar los equipos.
La causa de estas corrientes es la diferencia de potencial entre los equipos cuando, en lugar de una conexión a tierra de alta calidad, se utiliza La “conexión a tierra” o conexión a tierra sustituta se utiliza en redes de calefacción, sistemas de suministro de agua y otras estructuras metálicas.
En estos casos, es recomendable aislar eléctricamente la cámara de las estructuras de montaje.
En las carcasas, chasis y buses en general de equipos utilizados en video En los sistemas de vigilancia y alimentados desde una red industrial, por regla general, está presente uno u otro potencial inducido de frecuencia industrial.
La razón de esto son las fugas capacitivas y resistivas en las fuentes de alimentación de estos dispositivos, potenciales inducidos de campos electromagnéticos externos, contactos accidentales con estructuras de ingeniería o edificios, etc.
Para eliminar la posibilidad En caso de avería de entradas y salidas de señales de vídeo, antes de conectar dispositivos al sistema, es recomendable comprobar las corrientes de ecualización entre los terminales comunes de los dispositivos conectados a la red eléctrica.
Para las mediciones, puede utilizar cualquier medidor de corriente de frecuencia industrial con un límite superior de 50 a 100 mA. El valor actual no debe exceder los 10 — 20 mA. Esta corriente se minimiza poniendo en fase los enchufes de red.
La solución fundamental a este problema es una buena conexión a tierra individual de las carcasas de los equipos.
En la Fig. . La Figura 4 muestra un diagrama de instalación aproximado de un sistema de 4 cámaras con una fuente de alimentación común.
Se utilizan cámaras de TV de varios diseños: sin marco, con carcasa con lente reemplazable y modelos similares en cajas térmicas.
Fig. 4.
Al considerar las características del cableado de circuitos de señal y alimentación en sistemas de videovigilancia, es necesario centrarse en la confiabilidad de las conexiones de contacto.
Desafortunadamente, los cables trenzados muy comunes, aislados con cinta adhesiva e incluso sujetos con un tornillo o engarzado (sin deformaciones significativas ni soldadura en frío) pueden considerarse solo un método de conexión relativamente confiable. en habitaciones secas y en volúmenes a prueba de humedad.
En otras condiciones, solo la soldadura y la soldadura pueden convertirse en una garantía contra fluctuaciones espontáneas de la señal o la tensión de alimentación después de varios meses de funcionamiento del sistema.
En conclusión, podemos concluir que el cumplimiento de recomendaciones tan simples y aparentemente obvias para el suministro de energía de las cámaras de televisión puede convertirse en un factor decisivo para el funcionamiento prolongado y confiable de la videovigilancia. sistemas.