Грозозащита для ip камер с poe схема

Обновлено: 05.07.2024

Первое: в физических сегментах кабелях «витая пара» (т.е. длиной порядка 100 м), соединяющих между собой сетевое оборудование Fast/Gigabit Ethernet практически отсутствуют поперечные помехи.

Второе: во многих устройствах защиты Ethernet, представленных на рынке, есть защита от поперечных помех (которых на практике нет), и часто это выдается за техническое преимущество.

Последнее утверждение не требует доказательств – достаточно внимательно посмотреть на схемы и почитать описания устройств защиты, поэтому коротко обосную первое.

Элементы системы грозо и молниезащиты здания

Практически каждую систему защиты от грозы и молнии образуют из трёх обязательных элементов:

Заземлитель используется в качестве проводника. Он непосредственно контактирует с землёй при помощи электричества. Таким образом, разряд молнии рассеивается по поверхности земли с максимальной эффективностью.

Токоотвод представляет собой компонент громоотвода. Без использования токоотвода было бы невозможно отводить к заземлителю разряд тока, поступающий от молнии.

Что касается важнейшего элемента – громоотвода – то именно он перехватывает опасные разряды молний. Данное устройство изготавливается на металлической основе. Чаще всего встречаются медные, алюминиевые или стальные громоотводы.

Принцип работы грозозащиты

Конечно, не всем интересно, как это работает: работает и ладно! Но знать основные принципы и не купить «кота в мешке» интересно многим. Грозозащита строится на следующих электронных элементах:

варисторы – разновидность резисторов, которые уменьшают свое сопротивление при резком скачке напряжения
супрессоры – стабилизаторы, которые открываются при повышении напряжения;
газонаполненные разрядники – инертный газ внутри баллончиков уменьшает сопротивление;
плавкие предохранители – теряют способность проводить ток при скачках напряжения.

Из этого списка самые невостребованные – устройства, которые основываются на работе плавкого предохранителя. У них очень большое время срабатывания и прибор успевает сгореть до того, как тонкий проводник перегорит. Но и это еще не все: при высоковольтном разряде ничего не стоит пробить также небольшой воздушный диэлектрик и все равно спалить туже видеокамеру.

Самый действенный метод – это когда разряд уходит в землю: такой принцип обеспечивают варисторы, супрессоры и газонаполненные разрядники. Они ставятся между сигнальными жилами и землей. При их пробое происходит, так скажем, «замыкание» питающей или сигнальной линии на заземление, предотвращая тем самым распространение импульса высокого напряжения дальше места этого замыкания.

У них не только более низкий порог срабатывания, но и принцип, обратный предохранителю. То есть предохранитель разрывает цепь, а, например,варистор, наоборот, замыкает.

Все устройства с таким принципом работы называются УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Они делятся на три категории по предназначению класса защиты:

Категория В – обеспечивают защиту при прямом попадании молнии.
Категория С – монтируются в силовые щиты или используются для обеспечения безопасности распределяющих сетей.
Категория Д – слаботочные устройства, которые обеспечивают защиту приборов.

В заключение можно сказать, что затраты при монтаже систем видеонаблюдения, учитывая установку качественной грозозащиты, не идут ни в какое сравнение с тем, что, возможно, будет нуждаться в замене при выгорании из-за попадания высокого напряжения в инфраструктуру сети.

Необходимость грозозащиты

В том случае, когда система наблюдения функционирует внутри помещения, специалисты не используют дополнительную защиту. Ведь особых устройств, защищающих камеры от перепадов напряжения при воздействии молнии и грозы, здесь будет достаточно. Такие устройства также смогут исключить электромагнитные наводки. Кроме всего прочего, грозовые разряды на объектах видеонаблюдения устраняются собственными системами защиты от ударов молний.

Но IP-видеокамера, установленная в уличных условиях, в обязательном порядке должна быть защищена дополнительно. Для этого необходимы контуры заземления и собственные улавливатели молний. Иногда стандартные камер видеонаблюдения заменяются на врывозащищённые устройства. Зачастую такие аппараты можно заметить на опасных производствах и объектах, где существует риск, что молния может ударить в элементы, закрепляющие видеокамеры.

Если говорить о цифровых видеокамерах, то они, в отличие от аналоговых конкурентов, обладают большей уязвимостью к воздействию разрядов молний, поэтому защищать их дополнительно требуется в любом случае. Только так можно гарантировать работоспособность системы в сложных условиях.

Устройства для грозозащиты обеспечивают сохранность не только видеокамер, но и прочих элементов системы – например, линий передачи данных и датчиков питания.

Как защитить IP-камеру от грозы?

Для начала нужно приступить к созданию проекта системы грозозащиты или просто нарисовать схему подключения. В этом проекте требуется подробно прописать каждый этап работы. Ведь в зависимости от функций, которые выполняются защитными устройствами, они могут подразделяться на три разных вида:

Устройства, обеспечивающие безопасность цепей питания.
Устройства, обеспечивающие безопасность сигнальных линий.
Устройства, обеспечивающие безопасность управления системой.

На предварительном этапе нужно позаботиться о наличии специальных улавливателей молний. Эти улавливатели потребуется присоединить к токоотводам, а затем провести к общему заземлителю. То есть здание должно быть заземлено. Потом к ip-камере присоединяем специальное устройство грозозащита.

Чтобы иметь полную уверенность в надёжности и безопасности системы слежения в грозу, требуется соблюдать особый перечень правил грозозащиты:

все устройства, которые обеспечивают грозозащиту, должны быть установлены на все видеокамеры, функционирующие за пределами помещения;
максимальную надёжность всей системы можно обеспечить лишь тогда, когда, помимо видеокамер, защищены линии сигналов и питательные цепи;
защитные устройства должны быть установлены в особые коммутационные коробки, установленные рядом с видеокамерами.

Когда в системе, помимо IP-видеокамер, применяются и видеорегистраторы, то после того, как будет гарантирована безопасность камер и вышек, на которых они установлены, стоит приступить к обеспечению безопасности самих регистраторов. Далее нужно уделить внимание защите питающих линий и сетей, передающих данные. Для этого используются особые блоки УЗИП. Стоит обратить внимание, что эти блоки должны располагаться в непосредственной близости от того устройства, которое подвергается их защите.

Также следует уделить особое внимание выбору устройств и оборудования. Система может функционировать исправно и находиться в безопасности только тогда, когда состоит из компонентов надлежащего качества. И, несомненно, монтаж должен осуществляться только профессионалами. Даже устройства повышенной надёжности не будут защищать систему, если в их установке были допущены досадные ошибки.

После того, как все этапы пройдены, можно приступать к безопасности контролирующих и управляющих систем. Таким образом, получится комплексная защита с тремя надёжными уровнями безопасности. Если все шаги были осуществлены качественно и корректно, то можно не сомневаться в том, что аппаратура выдержит даже серьёзное воздействие во время грозы, и не будет повреждена.

Резюмируя вышесказанное

Чтобы защитить свою систему видеонаблюдения от молнии и грозы, необходимо комплексно подходить к созданию эффективной защиты. Важно уделить пристальное внимание каждому элементу и этапу.

Все уровни IP-видеонаблюдения должны быть защищены надёжно. Тогда они будут исправно работать весной и летом – в сезоны, когда разряды молнии особенно часты и опасны.

Специальные блоки УЗИП, заземлители высокого качества и громоотводы смогут обеспечить надёжную защиту в тот момент, когда при грозе в системе возникают перепады напряжения. Так владельцы могут быть уверены, что дорогое оборудование не будет повреждено.

Выбор нужного оборудования, а также работа с проектированием и установкой должны производиться только специалистами соответствующего профиля.

Видеонаблюдение рассчитано на длительную работу в любых условиях, но факторы риска выхода оборудования из строя все же существуют.

Одной из причин отказа может быть недостаточная защищенность от токовых перегрузок, создаваемых внешними воздействиями. Не так давно в эту категорию входили только атмосферные явления (молнии, грозы), сегодня это могут быть и техногенные причины, вызываемые наводками паразитных токов от промышленных объектов.

Статическое электричество, накапливаемое на элементах видеонаблюдения, также может быть причиной выхода из строя. Особенно этим «грешат» пластики и подвижные части оборудования, вызывающие трение.

Еще одна причина – это скачки напряжения при коммутационных переключениях. То есть включение блока питания или подключение патч-корда в разъем вполне может вызвать скачок напряжения, способный навредить электронике.

На фотографии видно, что воздействие произошло со стороны разъемов подключения витой пары. Кстати, как мастер по ремонту различной электроники, могу сказать, что неисправности после ударов молнии и воздействия статического электричества очень плохо поддаются диагностике. Связано это, прежде всего, с очень кратковременным воздействием на оборудование, и зачастую таких повреждений, как на фото,не видно. Просто скачок настолько мал по времени, что визуально можно не выявить никаких повреждений, а вот внутри электронных компонентов – полная «каша». Они даже бывают вроде рабочими, но параметры изменены настолько, что их нормальное функционирование просто невозможно.

Приборы грозозащиты

Из рисунка выше видно, что приборы грозозащиты должны быть установлены на обоих концах линий связи и питания. То есть если воздействие внешних напряжений обращено на шлейфы, то элементы грозозащиты должны защищать слаботочную электронику с обеих сторон. Но их, конечно же, лучше всего расположить как можно ближе к видеокамерам, коммутаторам или видеорегистраторам. Это нужно для того, чтобы сократить незащищенные участки соединительных линий.

Установка грозозащиты непосредственно около видеокамер в коммутационной коробке Установка грозозащиты непосредственно около видеокамер в коммутационной коробке

На фото видны платы защиты по питанию в верхних углах, а в нижних – устройства для защиты витой пары SP004.

Тоже самое оборудование располагается и в коробках в непосредственной близости от коммутаторов и регистратора.

Устройства грозозащиты могут быть выполнены в разном форм-факторе, предназначаться для различных напряжений питанияи разнообразных интерфейсов видеокамер и сопровождающего их оборудования.

Например, вариант для разъемов SUB-D идеально подходит для защиты интерфейсов V-24,RS485: они используются в промышленном оборудовании и в том числе – для интеграции видеонаблюдения в другие охранные системы.

Заземление

Сразу можно сказать, что хорошая грозозащита без качественного заземления невозможна. Для того чтобы установка видеонаблюдения велась по всем правилам, нужно позаботиться о хороших заземляющих контурах. Конечно, если видеонаблюдение расположено только в помещениях, то этот момент можно и опустить. Но, скорее всего, в здании есть уже заземленная техника,и можно воспользоваться готовым вариантом, не организуя собственный заземлитель и токоотвод. Подробнее о видеонаблюдение для частного дома по ссылке .

Уличное расположение видеокамер требует наличия заземления – это аксиома. При его отсутствии приборы грозозащиты просто некуда будет подключать: оно необходимо для стока атмосферного или статического электричества. Контур заземления у опоры, на которой расположена видеокамера, может выглядеть так:

Сами молниеотводы, конечно, желательны, но использовать их стоит там, где это действительно необходимо. Например, в местности с близким расположением водоемов или если рядом находятся массивные металлоконструкции, которые являются концентраторами.

Одно важное замечание: от самого молниеотвода до заземляющего контура должен быть проложен проводник без изгибов, смоток и петель. Только таким образом достигается максимальная эффективность ухода в землю мощного электрического разряда. Петли и кольцевые смотки играют роль сопротивления току и сами являются источниками электромагнитных излучений; также при ударе молнии они нередко загораются и расплавляются.

Помехи в кабелях Ethernet «витая пара»

Помехи в кабелях разделяются на два вида: поперечные или дифференциальные (между проводами кабеля); п родольные или синфазные (между проводом и землей, обычно уровень продольной помехи в проводах примерно одинаков по фазе и амплитуде).

Вспомним основные особенности кабелей «витая пара» Cat5e:

- низкая омическая асимметрия жил в паре (не более 2%);

- низкая емкостная асимметрия пар по отношению к земле для неэкранированных кабелей и по отношению к экрану для экранированных кабелей;

- высокая помехоустойчивость и низкие взаимные влияния, достигнутые скруткой жил в парах с различными шагами, скруткой пар между собой и другими конструктивными решениями.

Добавим к этому, что длина физического сегмента обычно не превышает 100-120 метров и приходим к совершенно определенным выводам:

Поперечные помехи в кабеле настолько незначительны, что при рассмотрении вопросов защиты от импульсных помех можно считать, что их нет.

А вот продольные (синфазные) импульсные помехи при ударах молнии в кабелях Ethernet не редкость, а в некоторых случаях они могут быть достаточно велики, особенно если кабель проложен по металлоконструкции, по которой протекает ток молнии (например, мачте связи).

Особенности схемотехники

Посмотрим на типовую схему порта Fast Ethernet. Микросхема Ethernet PHY реализующая функции физического уровня (и обычно еще и канального) подключена к двум парам линии через трансформаторы. Приемник PoE подключается к средним точкам линейных обмоток трансформаторов для обеспечения питания поверх данных (метод А) и/или к свободным парам (метод В).

Построение схемы для 1000Base-T отличается тем, что микросхема PHY подключена через обмотки трансформаторов к четырем парам, а приемник PoE подключается только к средним точкам линейных обмоток трансформаторов. В том случае, если порт не принимает (PD), а передает PoE (PSE), схема приема заменяется на схему передачи питания, но с точки зрения стойкости к электромагнитным помехам принципиального различия между этими случаями нет.

Типовая схема (упрощенная) порта 100Base-TX с приемником PoE Типовая схема (упрощенная) порта 100Base-TX с приемником PoE

Как мы уже выяснили, поперечные помехи в кабеле, подключенном к порту Ethernet, очень малы, причем между проводниками одной пары они меньше, чем между проводниками двух разных пар. Теперь, предположим, что небольшая дифференциальная помеха в паре все-таки есть, посмотрим на схему и рассмотрим два варианта воздействия на схему приемника PoE:

а) Проводники пары подключены к обмотке трансформатора. Для приемника PoE будет гораздо более неприятна помеха между парами, по которым подаются (+) и (-), чем между проводами одной пары.

б) При передаче PoE по свободным парам проводники в этих парах просто закорочены.

Воздействие поперечных помех на PHY и обвязку не рассматриваем, так гальваническая развязка делает и без того слабые импульсные помехи практически безвредными.

Устройства грозозащиты: полупроводниковый ограничитель между проводами пары.

Во многих устройствах, представленных на рынке (я имею в виду не только Российский, а рынок в целом) между проводами одной пары установлены быстродействующие защитные диоды или полупроводниковые разрядники.(будем рассматривать этот случай в «чистом виде», возможны, как говорится, варианты – когда схема с применением полупроводников позволяет сэкономить на разрядниках, и добиться нормальной работы).

Установленные между проводами пар быстродействующие полупроводниковые элементы обеспечивают эффективную защиту от поперечных помех, которые:

а) практически отсутствуют

б) меньше помех между проводами разных пар (которых тоже, можно сказать, практически нет).

Время срабатывания / Response Time.

Response Time переводится на русский как время отклика, ответа, срабатывания, реагирования. Применительно к устройствам защиты это значит "время срабатывания". Иногда в описаниях или datasheet указывается два значения времени срабатывания / Response Time: для цепи провод-земля и для цепи провод-провод в паре. Но чаще одно – для цепи провод-провод, где установлен полупроводник. Обычно указывается значение 5 нс.

Так как помех между проводами одной пары нет, то и скорость срабатывания защиты от них никакого значения не имеет. Поправлюсь, не имеет технического значения, но может иметь практическое – когда время срабатывания / response time указано в закупочной документации или техтребованиях тендера.

Чтобы проверить эти выводы есть несколько путей:

- использовать матппарат, можно выбрать одну из существующих моделей или создать свою – как минимум, в порядке цифр ошибки быть не должно;

- провести испытания в лаборатории;

- проверить на практике.

Отвлекся от темы, sorry. Можете просто пропустить, и не воспринимайте слишком серьезно.

Как говорит нам классик философии науки (Имре Лакатос) теория научна и правильна, если она подтверждается эмпирическим исследованием т.е. практикой. Томас Кун пишет, что «в той мере, в какой исследователь занят нормальной наукой, он решает головоломки, а не занимается проверкой парадигм», а получение достоверного результата важнее проверки теоретических моделей. (лет 30 назад книга "Структура научных революций" Т.Куна произвела на меня большое впечатление).

Согласно Т.Куну критерии приемлемости теории следующие: 1. Непротиворечивость 2. Согласие с замечаниями 3. Простота 4. Широта охвата 5. Концептуальная интеграция 6. Продуктивность

Используемая COMMENG концепция защиты от электромагнитных помех оборудования Ethernet (как часть защиты и ЭМС системы обработки и передачи информации в целом). этим критериям, на мой взгляд соответствует. Я ее изложил в статье «Электромагнитная защита портов оборудование Ethernet c интерфейсами 100/1000Bаse-T» Все три части можно скачать одним файлом.

Практическое подтверждение.

Мы производим устройства защиты Ethernet уже почти 20 лет – для самых разных потребителей, применений, условий эксплуатации. Результаты применения говорят за себя. ОПИСАНИЯ ЗДЕСЬ

Те же схемы мы используем и в своем активном оборудовании инжекторе PoE и репитере Fast Ethernet.

Репитер Commeng RPT-100B-TX часто работает в условиях сильных помех от ударов молнии (установка на мачты связи), и к нему подключается не один физический сегмент кабеля, как е IP-камере или точке БШПД, а два. Репитер не только питается PoE, но и транслирует его в следующий сегмент сети. В схеме репитера отсутствуют элементы защиты, установленные после трансформатора, наша типовая схема защиты в месте подключения линии обеспечивает надежную работу в условиях наводок от молнии.

В отличие от аналогового видеонаблюдения, грозозащита которого требуется только в крайнем случае, грозозащита IP-видеонаблюдения требуется почти всегда. Исключение составляют небольшие системы, смонтированные в одном помещении. Практика свидетельствует, что пренебрежение вопросами грозозащиты всегда оборачивается выходом системы из строя тем быстрее, чем больше система.

Схема защиты удаленной видеокамеры зависит от схемы ее питания. Рассмотрим возможные схемы питания и способы защиты оборудования.

1. Питание с применением технологии PoE (Power over Ethernet). Питание на удаленную камеру передается по информационному кабелю. В некоторых случаях когда камера не поддерживает технологию PoE могут использоваться сплитеры питания, которые позволяют задействовать информационный кабель для передачи питания.

2. Питание камеры выполняется отдельным низковольтным кабелем.

В этом случае применяются устройства защиты с винтовыми клеммами, позволяющими подключить кабель питания с жилой сечением до 2,5 мм 2 .

3. Удаленная камера питается от локального блока питания, размещенного рядом с камерой.

Очень часто возникает вопрос о подключении устройства защиты в месте установки видеокамеры. В подавляющем большинстве случаев заземление в этой точке отсутствует. Что делать ? Ответ на этот вопрос лежит в механизме повреждения камеры грозовой наводкой. Контур грозовой электромагнитной наводки (см.здесь) замыкается через строительные конструкции, на которых закреплена камера. Особенно легко это замыкание происходит при выпадении осадков, обычно сопровождающих грозу. Разность потенциалов между кабелем Ethernet и кронштейном камеры и приводит к повреждению последней.

Делаем вывод. Для защиты камеры необходимо уравнять потенциалы между кабелем Ethernet и кронштейном, на котором установлена камера. Поэтому разрядную цепь устройства защиты подключаем к кронштейну. При этом необходимо обеспечить надежный контакт проводника и кронштейна, который не будет деградировать во времени.

С развитием сферы видеонаблюдения IP-камеры стали широко применяться не только во внутренних помещениях, но и для защиты внешних пространств – улиц, дворов, подходов к зданиям, и так далее. Как известно, воздействие грозы или молнии может негативно сказаться на работе любого технологического устройства, и видеорегистратор в данном случае не является исключением.

По этой причине необходимо пользоваться особыми приспособлениями, которые помогут обеспечить безопасность и работоспособность всей системы слежения даже в сильную грозу. Устройства для грозозащиты видеокамер позволяют исключить перенапряжение в системе в тот момент, когда на неё воздействует заряд молнии. Безусловно, не существует такой грозозащиты, которая сможет обезопасить IP-камеру от прямого попадания в неё молнии. Тем не менее, статические разряды, которые наводятся на оборудование, такая грозозащита сможет устранить. А именно эти разряды часто выводят из строя камеры видеонаблюдения.

Читайте также: