Tεχνική Βιβλιοθήκη
Πτώση τάσης και καλωδίωση στα συστήματα CCTV
14
Μαρ
Μαρ
Πτώση τάσης και καλωδίωση στα συστήματα CCTV (Α)
Πτώση τάσης τροφοδοσίας και καλωδίωση στα συστήματα CCTV Οι κρίσιμοι παράγοντες που την επηρεάζουν
Τα συστήματα παρακολούθησης CCTV συχνά απαιτούν καλώδια τροφοδοσίας μεγάλου μήκους για την τροφοδοσία των απομακρυσμένων συνδεδεμένων καμερών. Έτσι κατά διαστήματα ερχόμαστε αντιμέτωποι,με μιά κρίσιμη παράμετρο που εμφανίζεται στο καλώδιο τροφοδοσίας που ονομάζεται πτώση τάσης. Σε πολλές περιπτώσεις, οι εγκαταστάτες αγνοούν τις επιπτώσεις της ροής ρεύματος μέσω διαφορετικών τύπων (έως και ακατάλληλων) καλωδίων τροφοδοσίας.
Έτσι η τροφοδοσία ρεύματος είναι ένα βασικό θέμα που θα πρέπει να εξετάζεται κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος CCTV.
Οι κατασκευαστές καμερών δίνουν συχνά μια συγκεκριμένη τάση τροφοδοσίας π.χ. 12 VDC για τις συσκευές τους, χωρίς να αναγράφεται το επιτρεπόμενο εύρος (ελάχιστη και μέγιστη τάση). Οι πρακτικές δοκιμές δείχνουν ότι για μια κάμερα με τροφοδοσία 12 V, η τάση μπορεί να μειωθεί περίπου έως και τα 11 V. Κάτω από αυτήν την τιμή, ενδέχεται να υπάρχουν παρεμβολές και απώλεια σήματος βίντεο.Σε αυτήν την περίπτωση η πτώση τάσης στο καλώδιο μεταξύ του τροφοδοτικού και της κάμερας δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 1 V
Η ηλεκτρική Ωμική αντίσταση οποιουδήποτε καλωδίου είναι μεγαλύτερη από 0. Με βάση αυτό μπορούμε να παρατηρησουμε τα εξής όταν το ρεύμα ρέει μέσω ενός καλωδίου με συγκεκριμένη αντίσταση.
1. Η τάση μειώνεται σύμφωνα με το νόμο του Ohm.
. 
2.Η ηλεκτρική ενέργεια που μέρος της μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια σύμφωνα με το νόμο του Ohm.
η 
Όλα τα καλώδια εμφανίζουν αντιστάσεις. Ένα διάγραμμα διπλού πυρήνα καλωδίου (που επιτρέπει μόνο την αντίσταση) φαίνεται παρακάτω.
Η πτώση τάσης πρέπει να επιτρέπεται και στους δύο πυρήνες. Έτσι, η συνολική αντίσταση (R) του διπλού πυρήνα του καλωδίου είναι R = R1 + R2.
Ένα διάγραμμα κυκλώματος πτώσης τάσης στο καλώδιο διπλού πυρήνα:φαίνεται παρακάτω
Στο ανωτέρω διάγραμμα έχουμε
Uin – τάση τροφοδοσίας, π.χ. από το τροφοδοτικό
I – ρεύμα στο κύκλωμα,
R1 – αντίσταση στον πρώτο πυρήνα,
R2 – αντίσταση στον δεύτερο πυρήνα,
UR1 – πτώση τάσης στον πρώτο πυρήνα,
UR2 – πτώση τάσης στον δεύτερο πυρήνα,
L – μήκος καλωδίου,
RL – φορτίο, π.χ. cctv κάμερα
URL – τάση στο φορτίο.
Μετά την παροχή της τάσης από το τροφοδοτικό (Uin) στο καλώδιο και τη σύνδεση του φορτίου (RL), το ρεύμα (I) ρέει μέσω του κυκλώματος με αποτέλεσμα πτώση τάσης (UR1 + UR2) κατά μήκος του καλωδίου. Η σχέση έχει ως εξής: η τάση εξόδου στο φορτίο μειώνεται με την πτώση τάσης στο καλώδιο.
Η πτώση τάσης (Ud) υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο
Ωπου:
Ud – πτώση τάσης (V),
2 – σταθερά για πτώση τάσης σε δύο πυρήνες,
L – μήκος πυρήνα σε (m),
R – αντίσταση ενός μόνο πυρήνα σε (Ω / km),
I – Ρεύμα στην τρέχουσα είσοδο στο (A).
Η πτώση τάσης δεν εξαρτάται από την τάση εισόδου αλλά από την τρέχουσα είσοδο, το μήκος του πυρήνα και την αντίσταση.
Η συντριπτική πλειοψηφία των καμερών CCTV έχουν μεταβλητή είσοδο ρεύματος Η τρέχουσα είσοδος αυξάνεται τη νύχτα με την ενεργοποίηση των led φωτισμού IR. Για παράδειγμα, το ρεύμα εισόδου κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι 150 mA, ενώ κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι 600 mA. Η κάμερα δεν πρέπει να διαθέτει υψηλότερη τάση στά άκρα της για να αντισταθμίσει την απώλεια στο καλώδιο τροφοδοσίας, καθώς η πτώση τάσης ποικίλλει.
Χρησιμοποιόντας ένα μακρύ καλώδιο τροφοδοσίας (μέτριας ποιότητας )με ενεργοποιημένο τον IR Led φωτισμό, η τάση τροφοδοσίας θα είναι επαρκής,(εάν την αυξήσουμε στα άκρα της κάμερας)
Ωστόσο, με τον IR Led φωτισμό απενεργοποιημένο, η τρέχουσα είσοδος ρεύματος θα μειωθεί, αυξάνοντας την τάση στο φορτίο, η οποία μπορεί να προκαλέσει ζημιά στην κάμερα.
Η αντίσταση ενός μόνο πυρήνα σε Ω / km πρέπει να είναι γνωστή για τον υπολογισμό της πτώσης τάσης. Οι μέθοδοι υπολογισμού ακολουθούν στην επόμενη ενότητα.
Ο πίνακας δείχνει δεδομένα για επιλεγμένες περιοχές διατομής του πυρήνα.
| Cross-sectional area of the core [mm2] | Resistance [Ω/km] (single core) |
| 0,5 | 35,6 |
| 0,75 | 23,73 |
| 1 | 17,8 |
| 1,5 | 11,87 |
| 0,19625 (UTP K5 Ø0,5 mm) | 90,7 |
| 0,246176 (UTP K6 Ø0,56 mm) | 72,31 |
Παράδειγμα
Τροφοδοσία 12 V DC, καλώδιο διπλού πυρήνα, περιοχή διατομής 0,5 mm2, μήκος 50 m, είσοδος ισχύος κάμερας (φορτίο) 0,5 A (500 mA). Χρησιμοποιώντας αυτές τις τιμές στον τύπο:
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η πτώση τάσης στο καλώδιο διπλού πυρήνα είναι 1,78 V (2 x 0,89 V) – μια συνολική πτώση τάσης και στους δύο πυρήνες. Η τάση στο φορτίο θα μειωθεί σε:
12 V – 1,78 V = 10,22 V, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.
12 V – 1,78 V = 10,22 V, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.
Η ποσοστιαία απώλεια τάσης στο καλώδιο τροφοδοσίας μπορεί εύκολα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Ωπου
Ud% – ποσοστό απώλειας τάσης στο καλώδιο (%),
Ud – πτώση τάσης,
Uin – τάση εισόδου.
Μετά την αντικατάσταση του τύπου, μπορεί να υπολογιστεί το ποσοστό απώλειας τάσης στο φορτίο, δηλαδή η απώλεια τάσης στη γραμμή τροφοδοσίας.του παραδείγματός μας
Η πτώση τάσης, ιδιαίτερα σε χαμηλή τάση τροφοδοσίας είναι ένα σοβαρό ζήτημα. Με αύξηση της τάσης τροφοδοσίας, η πτώση τάσης στο καλώδιο θα είναι η ίδια, αλλά η ποσοστιαία πτώση τάσης στο φορτίο θα είναι χαμηλότερη.
Στα συστήματα CCTV με τροφοδσία καμερών 12 V, η πτώση τάσης είναι ένα σημαντικό πρόβλημα, με αποτέλεσμα πολλές φορές την εσφαλμένη λειτουργία και την κακή ποιότητα εικόνας.
Απαιτείται γνωστή αντίσταση καλωδίου σε Ω / km για υπολογισμούς. Η αντίσταση ενός μόνο πυρήνα υπολογίζεται σύμφωνα με το δεύτερο νόμο του Ohm. Αναφέρει ότι η αντίσταση ενός ομοιογενούς αγωγού σταθερής διατομής είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος του και αντιστρόφως ανάλογη προς την περιοχή της διατομής του.
Εκφράζεται από έναν τύπο για τον υπολογισμό της αντίστασης ενός καλωδίου με μήκος L και μια περιοχή διατομής S:
Ωπου:
R – αντίσταση του αγωγού στο (Ω),
p – αντίσταση (ειδική αντίσταση) του αγωγού (Ω mm2 / m) ειδικά για το υλικό που χρησιμοποιείται (0,0178 για χαλκό),
L – μήκος αγωγού σε (m),
S – περιοχή διατομής σε (mm2).
Για τον χαλκό, η αντίσταση είναι 0,0178 (Ω mm2 / m), πράγμα που σημαίνει ότι 1 m του καλωδίου με εμβαδόν διατομής 1 mm2 έχει αντίσταση 0,0178 Ω (για καθαρό χαλκό). Είναι μια ακατέργαστη τιμή ανάλογα με την καθαρότητα και τις μεθόδους επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται. Για παράδειγμα, φθηνά κινεζικά καλώδια μπορεί να είναι κατασκευασμένα από κράματα χαλκού και αλουμινίου ή μπορούν να προσκολληθούν με άλλα μέταλλα, αυξάνοντας την αντίσταση, την αντίσταση και την πτώση τάσης. Για το αλουμίνιο, η αντίσταση είναι 0,0278 (Ω mm2 / m).
Παράδειγμα πτώσης τάσης με καλώδιο UTP
Ένα καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους έχει 4 ζεύγη αγωγών. Θα υπολογίσουμε μια πτώση τάσης σε ένα μόνο ζεύγος αγωγών με την τρέχουσα είσοδο φορτίου 500 mA (0,5 A) για καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους UTP K5 μήκους 40 μέτρων με εμβαδόν διατομής 0,19625 mm2 συνδεδεμένο σε σύστημα 12 V.
Θα υπολογίσουμε την αντίσταση του αγωγού (το καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους UTP cat5 έχει εμβαδόν διατομής 0,16625 mm2):
Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm, θα υπολογίσουμε μια συνολική πτώση τάσης σε δύο πυρήνες στα 500 mA (0,5 A) τρέχουσα είσοδο.
Δηλαδή η πτώση τάσης στη γραμμή τροφοδοσίας είναι 3,62 V και η τάση στο φορτίο είναι 8,38 V (12 V – 3,62 V = 8,38 V).
Οι υπολογισμοί έγιναν για ένα ζεύγος καλωδίου συνεστραμμένου ζεύγους. Χρησιμοποιούνται συχνά 2, 3 ή 4 ζεύγη του καλωδίου συνεστραμμένου ζεύγους για τη μείωση της πτώσης τάσης. Τα ζεύγη συνδέονται παράλληλα για να αυξήσουν την περιοχή διατομής και να μειώσουν την αντίσταση της γραμμής, με αποτέλεσμα χαμηλότερες απώλειες τάσης.
Οι υπολογισμοί για τις ίδιες παραμέτρους: καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους UTP K5, είσοδος ισχύος 500 mA (0,5 A), μήκος 30 m μήκος, τροφοδοσία 12 V:
1 ζεύγος – τάση στο φορτίο = 8,38 V,
2 ζεύγη – τάση στο φορτίο = 10,16 V,
3 ζεύγη – τάση στο φορτίο = 10,8 V,
4 ζεύγη – τάση στο φορτίο = 11,1 V.
Πρέπει να είναι γνωστή μια περιοχή διατομής του αγωγού σε τετραγωνικά χιλιοστά. Αυτή η παράμετρος δεν είναι ίδια με τη διάμετρο.
Για παχύτερα καλώδια, π.χ. καλώδια τροφοδοσίας, οι κατασκευαστές και οι διανομείς δίνουν την επιφάνεια διατομής σε τετραγωνικά χιλιοστά (mm2). Για λεπτότερα καλώδια, π.χ. τηλεπικοινωνίες, IT, η διάμετρος του καλωδίου δίδεται σε χιλιοστά (mm) και πρέπει να μετατραπεί σε περιοχή διατομής.
Το διάγραμμα δείχνει τη διαφορά μεταξύ της διαμέτρου και της περιοχής διατομής του καλωδίου:
Ωπου:
S – εμβαδόν διατομής του καλωδίου σε τετραγωνικά χιλιοστά (mm2),
D – διάμετρος καλωδίου σε χιλιοστά (mm),
r – ακτίνα καλωδίου (μισή διάμετρος) σε χιλιοστά (mm),
L – μήκος καλωδίου
S – εμβαδόν διατομής του καλωδίου σε τετραγωνικά χιλιοστά (mm2),
D – διάμετρος καλωδίου σε χιλιοστά (mm),
r – ακτίνα καλωδίου (μισή διάμετρος) σε χιλιοστά (mm),
L – μήκος καλωδίου
η 
Συμπερασματικά Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την πτώση τάσης είναι:
Το ρεύμα – σύμφωνα με το νόμο του Ohm: όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση τάσης.
Η διάμετρος καλωδίου ή περιοχή διατομής – όσο πιο λεπτό είναι το καλώδιο, τόσο υψηλότερη είναι η πτώση τάσης.
Το μήκος καλωδίου – σύμφωνα με τη λογική συλλογιστική: όσο μεγαλύτερο είναι το καλώδιο, τόσο υψηλότερη είναι η αντίσταση και η πτώση τάσης.
Το υλικό καλωδίου. Τα περισσότερα καλώδια είναι κατασκευασμένα από χαλκό που έχει καλές αγώγιμες ιδιότητες. Φθηνά κινεζικά καλώδια που μοιάζουν με χαλκό, αλλά είναι κατασκευασμένα από κράμα που περιέχει αλουμίνιο και μαγνήσιο, καθώς και ατσάλινα καλώδια με λεπτή επίστρωση χαλκού είναι επίσης διαθέσιμα στην αγορά. Αυτά τα καλώδια εμφανίζουν πολύ υψηλότερες αντιστάσεις και αυξημένη πτώση τάσης.
.Συνεχίζεται……………..