Основные понятия систем видеонаблюдения

Вначале классифицируем помехи, приводящие к выходу из строя видеооборудование:

- радиопомехи,

- коммутационные импульсные помехи,

- перенапряжения и провалы напряжения в сети питания,

- помехи от разрядов молнии,

- помехи от "блуждающих токов заземления".

Затем отдельно остановимся  на каждом типе помех, приводящих к  выходу из строя видеооборудования, и определим основные источники помех.

Радиопомехи

Под данным типом будем  понимать высокочастотные помехи. ВЧ-помехи представляют собой электромагнитное воздействие на линию связи от мощных близкорасположенных радио и телепередатчиков, радаров и другого излучающего оборудования. Помехи проявляются в виде частых волн, колебаний, искажающих видеоизображение. Выход из строя аппаратуры наблюдается только в случае крайне близкого (десятки метров) расположения линии передачи видеосигнала или телеметрии от передающей антенны. По цепям передачи электропитания ВЧ-помеха какого-либо воздействия приводящего к повреждению аппаратуры не оказывает.

2. 5. 1 Коммутационные импульсные помехи

Основным источником возникновения коммутационных импульсных помех являются переходные процессы при следующих операциях в электросети:

- включении и отключении потребителей электроэнергии (электродвигатели,

лампы накаливания и  дневного света, компьютеры и др. аппаратура);

- включении и отключении цепей с большой индуктивностью (трансформаторы, пускатели и т. д.),

- аварийных коротких замыканий в сети низкого напряжения и их последующих отключений защитными устройствами,

- аварийных коротких замыканий в сети высокого напряжения и их последующих отключений защитными устройствами,

- включения и отключения электросварочных установок.

Источником импульсных помех является также городской электрифицированный  транспорт, включая метро, а также  электрифицированные железные дороги.

Данный тип помех, как  правило, представляет собой одиночные  импульсы с амплитудой до нескольких киловольт. В соответствии с [1] считается нормой наличие в сети 220 В импульсов коммутационных помех амплитудой до 4,5 кВ длительностью до 5 мс. Реально частота возникновения одиночных импульсных помех амплитудой до 300 В составляет в среднем для промышленных предприятий 20 помех в час, для жилых домов 0,5 помех в час. Наиболее опасные помехи амплитудой от 1 до 10 кВ составляют до 0,1% от общего числа импульсных помех. Таким образом, в офисе расположенном на территории промышленного предприятия, электронное оборудование подвергается воздействию мощной помехи 3 раза в неделю, а в жилом доме до 4 раз в год.

Кроме одиночных импульсных помех по цепям питания возникают  периодические импульсные помехи, связанные  с работой люминесцентных ламп, преобразователей блоков питания и т.д. Данный тип помех [2,3] достигает амплитуды до 1 кВ, отличается более широким спектром и приводит как к сбоям, так и к повреждению аппаратуры. Коммутационные импульсные помехи различной длительности по цепям питания 220 В видеооборудования при нормальных условиях эксплуатации способны вывести его из строя только в том случае, если амплитуда помех превышает 1 кВ. Вероятность повреждения аппаратуры по цепям питания многократно возрастает в условиях повышенной влажности или в условиях повышенной запыленности, что характерно для промышленных объектов. Повреждения блоков питания видеооборудования являются следствием воздействия импульсных помех по электросети. Причем следует отметить, что значительно чаще повреждаются импульсные блоки питания и реже линейные.

Перенапряжения и провалы  напряжения в сети питания.

Причины возникновения перенапряжения в сетях питания обусловлены, прежде всего, низким качеством электросетей и невысокой культурой энергопотребления. Поэтому подчеркнем лишь наиболее типичные проблемы электроснабжения. Максимумы напряжения питающей сети, как правило, связаны с минимальной нагрузкой энергосистемы и наблюдаются в ночное время. Наибольшие колебания напряжения в электросети приходятся на начало и конец рабочего дня. Реально на промышленных объектах возможны периодические (день - ночь) колебания электросети 220 В от 160 В до 260 В с кратковременными повышениями до 300 В. Перенапряжения в электросети выводят из строя стандартные простые схемы защиты от импульсных помех (варисторы и т. д.), импульсные блоки питания. Отдельно можно выделить две распространенные монтажные ошибки, приводящие к перенапряжениям:

- перекос фаз сети электропитания из-за перегрузки одной фазы потребителями электроэнергии,

- перегрузка нейтрали электросети из-за меньшего сечения проводника у нейтрали, чем у фазы.

Помехи от разрядов молнии

Разряды молнии индуцируют на линиях связи и линиях подачи электропитания высоковольтные импульсы напряжения. Разряд молнии характеризуется громадной разницей потенциалов до 108 В, токами до 106 А, поэтому при прямом или близком (десятки метров) разряде молнии речь может идти только о выходе электронного оборудования из строя, а не о помехах. Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, предназначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронного оборудования и линий связи [4, 5]. Типичной ошибкой при монтаже видеооборудования "в полевых условиях" является установка видеокамеры на опоре молниеотвода или рядом с ним. В таком случае при прямом попадании молнии в молниеотвод все видеооборудование от разряда молнии можно говорить только в том случае, если расстояние от места разряда до линии связи видеооборудования составляет хотя бы сотни метров.

Для центральных регионов России интенсивность воздействия грозы составляет приблизительно 50 часов в год, при этом молния воздействует в среднем 2 раза в год на 1 км² местности. Для северных регионов России молния воздействует на 1 км² местности 1 раз в год, для южных - до 5 раз в год. Поэтому для средней полосы на линиях связи или линиях электропитания следует ожидать опасные помехи в виде импульсов напряжения 10 кВ один раз в год и до 50 раз в год импульсы около 1 кВ. Для южных районов с повышенной грозовой активностью частота появления опасных напряжений соответственно увеличивается в 5 раз.

Рассмотрим подробнее  механизм воздействия высоковольтных импульсных помех на линии связи. Внешние электромагнитные импульсы приводят к образованию на протяженной линии связи разницы потенциалов. Значение разницы потенциалов зависит от напряженности внешнего электромагнитного поля, скорости его изменения, протяженности линии связи и может достигать, при определенных неблагоприятных условиях, десятков киловольт. Помеха на линии связи образуется относительно земли (синфазная помеха). Однако помеха может возникнуть и дифференциально на входах и выходах видеооборудования. Эта ситуация возникает в случае несимметричной линии связи (например: коаксиальный кабель).

2. 5. 2 Помехи от "блуждающих" токов заземления

Любая система видеонаблюдения, даже простейшая, содержит передающее видеооборудование (видеокамеру), линию связи (коаксиальный кабель, витую пару), приемное видеооборудование (в простейшем случае монитор), а также источники питания передающего и приемного видеооборудования. Рассмотрим простейший случай системы видеонаблюдения, содержащей видеокамеру, линию связи (коаксиальный кабель) и монитор. Структурная схема системы приведена на рис. 11.

Рисунок 11 – Структурная схема системы видеонаблюдения

В соответствии с требованиями безопасности, предъявляемыми к электромонтажу оборудования, аппаратура должна быть заземлена, причем разводка сигнальных цепей всей системы (в том числе передающей и приемной аппаратуры) должна иметь только одну точку заземления. Реально, особенно в многоканальных системах, установщики видеооборудования по тем или иным причинам не выполняют или просто игнорируют правило заземления аппаратуры в одной точке. Часто это требование нельзя выполнить по очень простой причине: в недорогой зарубежной и отечественной аппаратуре входные и выходные разъемы BNC не изолированы от корпуса, корпус выведен на заземляющий контакт питающей вилки, который в свою очередь соединен с клеммой зануления сети 220 В, т. е. в качестве земляной шины используется ноль электрической сети. В системе образуются несколько точек зануления и, соответственно, присутствие блуждающих токов заземления, что приводит к разнице потенциалов между двумя любыми точками зануления. Для удаленных объектов и, соответственно, для протяженных линий связи разница потенциалов может достигать сотни вольт за счет протекания через образованные паразитные контуры заземления токов от промышленного оборудования, либо от неравенства потенциалов нулевых шин питающего напряжения 220 В/50 Гц приемного и передающего оборудования. Можно перечислить значительное количество объектов, в которых паразитные контуры заземления будут присутствовать в обязательном порядке. В первую очередь это объекты с длиной кабельных линий более 300 м. Далее это объекты с многоканальными системами видеонаблюдения. И, наконец, это все производственные объекты и прилегающие к ним территории. Источниками тока промышленной частоты в цепях заземления служат генераторы, станки, электропечи, электросварка, холодильное оборудование, компьютерные сети, системы вентиляции и кондиционирования, электроподстанции, медицинское оборудование, наземный электрифицированный транспорт, метрополитен и т.д.

 

2. 6 Электропитание системы видеонаблюдения

 

В данной статье не будем  рассматривать телекамеры с питанием непосредственно от промышленной сети. В подобных камерах качество питающего  напряжения обеспечивается самим производителем телекамеры.

Взаимовлияние камер  через цепи питания сведено к  минимуму. В соединительных линиях протекают только токи видеосигналов и при правильной разводке потери и взаимные помехи минимальны.        

Питание от промышленной сети не имеет альтернатив для  наружных телекамер в термокожухах с подогревом при их большом энергопотреблении и на расстояниях более 100-150 метров. Однако ввиду минимизации размеров современных телекамер и уменьшения энергозатрат на подогрев, а также все большего распространения миниатюрный герметичных телекамер без специального подогрева с расширенным диапазоном рабочих температур применение сетевого питания часто становится не оптимальным.

Современная видеокамера является достаточно экономичным устройством. Наиболее распространенные в настоящее время видеокамеры с ПЗС матрицей 1/3 дюйма имеют типовое потребление не более 100-120 мА при напряжении 12 В постоянного тока. Видеокамеры цветного изображения или высокого разрешения имеют несколько большие токи потребления, но не превышающие 200-250 мА. Диапазон рабочих напряжений у камер от различных производителей составляет от +-10 до +-30% от номинального значения.

Наличие внутренних стабилизаторов и  преобразователей напряжения обеспечивает относительно малую чувствительность современной телекамеры к стабильности питающего напряжения. Несмотря на это, надо избегать соблазна использовать дешевые адаптеры и выпрямители. В них используются низкокачественные трансформаторы с малым сечением и посредственным качеством магнитопровода. Из экономии минимально число витков первичной обмотки. Это приводит к насыщению сердечника, росту поля рассеяния, искажению синусоидальной формы тока и напряжения. Рост внутреннего сопротивления существенно увеличивает отношение выходного напряжения на холостом ходу и при номинальной нагрузке. Вместо 1,4 это отношение может достигать 2-2,5. При не согласовании нагрузочной способности с потреблением это может привести к выходу из строя видеокамеры от повышенного напряжения питания.

Для питания видеокамер наиболее оптимально использование  стабилизированных источников питания. Кроме постоянства напряжения даже простейший источник на основе типового интегрального стабилизатора за счет малого выходного импеданса обеспечивает, как минимум, отсутствие взаимовлияние видеокамер, подключенных к нему. Однако это относится только к правильно спроектированному прибору.

На данном объекте  электроснабжение выполняется в  соответствии с  техническими условиями, и должно отвечать приведенным требованиям. В качестве основного источника  электропитания для ядра системы  телевизионного наблюдения и телевизионных камер в проекте определена сеть переменного тока напряжением 220В, с установкой 10 бесперебойных источников питания СКАТ-1200У, напряжением 12В постоянного тока.

Рисунок 12 - Электропитание систем видеонаблюдения

2. 6. 1 Кабель RG –6

Рисунок 13 – Кабель RG –6

Монтаж кабельных  трасс системы телевизионного наблюдения осуществляется кабелем высокочастотным RG-6 –сигнальная линия, кабелем силовым  ШВВП 2х0,75 – линия питания.

Прокладка кабелей  выполняется за подвесными потолками  в гофрированной негорючей трубе ПВХ, а на открытых участках в декоративных ПВХ коробах.

Коаксиальный кабель RG-6 предназначен для передачи высокочастотных сигналов в различной электронной аппаратуре, особенно в радио- и ТВ – передатчиках, компьютерах, трансмиттерах.

Конструкция кабеля RG-6:

материал проводника…………………………………………………медь

диаметр проводника, мм……………………………………………….1,0

материал диэлектрика………………………………….. вспененный ПЭ

диаметр диэлектрика, мм………………………………………..4,57±0,15

тип фольги………………………………………………………AI-PET-AI

количество слоев…………………………………………………………2

материал оплетки…………………………………………..луженая медь

Схема кабеля RG-6 :

1 – центральная медная токопроводящая жила; 
             2 – изоляция из вспененного полиэтилена; 
             3 – экран – оплетка из медных лужёных проволок; 
             4 – оболочка из ПВХ-пластиката; 

2. 6. 2 Заземление системы видеонаблюдения

 

Заземление оборудования системы охранного телевидения многофункционального центра «Июнь» выполняется в соответствии с техническими требованиями НПБ 88-201, РД 78.145-93, ПУЭ(издание 7 ), ВСН 600-81, СНиП 3.05.06-85, ВСН 116-87, ГОСТ Р50571.15-97, ГОСТ Р50571.10-96.

Заземление оборудования системы охранного телевидения  выполняется медным изолированным проводом марки – типа ПВ-1-1 и сечением жилы не менее 6,0 кв.мм.

Техническая характеристика защитного заземления (зануления) системы охранного телевидения:

- заземлению (занулению) подлежат все металлические части оборудования, нормально не находящиеся под напряжением, которые могут оказаться под ним, вследствие нарушения изоляции;