Электропитание систем охраны периметра

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9407

Системы охраны периметров имеют свои особенности, которые определяют необходимость внимательного подхода к построению сети электропитания охранных приборов. Система должна круглогодично функционировать в любых погодных и атмосферных условиях, предполагающих широкий диапазон температур и влажности. Особенность периметральных систем — их большая протяженность и связанные с этим проблемы энергетических потерь в кабелях и электромагнитных помех. К важным аспектам относятся также вопросы электробезопасности и защитного заземления. В совместной статье специалистов двух компаний проанализированы указанные проблемы и возможные пути их решения

Система охраны периметра (СОП), как составная часть систем безопасности, должна быть обеспечена бесперебойным питанием. Обычно СОП разделяют на станционную и линейную части. Станционная часть располагается в помещении охраны, а линейная рассредоточена по периметру объекта. Как правило, в линейную часть входят периметровые охранные датчики, линейные контроллеры и тревожные оповещатели. Специфика электроснабжения СОП в основном определяется протяженностью линейной части, так как от длины периметра зависят способы организации электропитания. Основная проблема обеспечения электропитания линейной части -это доставка качественного питания до охранных приборов, размещенных на периметре. Под качественным питанием здесь следует понимать следующее:

  • бесперебойность питания вне зависимости от климатических условий;
  • обеспечение на всех приборах напряжения в пределах допустимого диапазона значений;
  • допустимый уровень пульсаций напряжения;
  • необходимый выходной ток источника питания

Допустимый уровень пульсаций и необходимый выходной ток обеспечиваются выбором соответствующего источника питания с требуемыми характеристиками. Обеспечение допустимых напряжений на всех приборах и бесперебойность питания достигается корректным проектированием всей системы питания СОП.

Существует несколько способов электропитания линейной части СОП:

  1. От аккумуляторных батарей, расположенных на периметре, с подзарядкой от альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветродвигателей и т.п.).
  2. От сети переменного напряжения 220 В/50 Гц.
  3. От источников постоянного тока с номинальным напряжением 1 2 или 24 В.

Автономное питание

Система электропитания от аккумуляторных батарей с подзарядкой от альтернативных источников энергии может быть использована в регионах с требуемыми климатическими условиями, так как среднесуточный напор ветра и/или среднемесячное количество солнечных дней должны обеспечивать восполнение расходуемой энергии аккумуляторных батарей. Таких районов в пределах России практически нет, поэтому такой способ электропитания линейной части СОП для объектов в нашей стране можно отнести скорее к экзотическим, нежели к практическим. В странах с тропическим климатом такой способ достаточно широко используется. Бесперебойность при таком способе питания может быть обеспечена использованием аккумуляторных батарей необходимой емкости, способных питать систему охраны периметра на время действия неблагоприятных атмосферных факторов.

Сетевое питание

Электропитание линейной части СОП переменным напряжением 220 В/50 Гц выгодно использовать на периметрах со средней или большой протяженностью периметра (длиной от 1 км и выше), когда на выбор способа питания начинают влиять стоимостные характеристики кабельных трасс электропитания. Как известно, чем выше напряжение источника электроснабжения, тем с меньшими потерями (и/или дешевле) можно передать необходимую мощность до потребителя. В данном случае экономия электроэнергии не играет определяющей роли, а вот экономия в стоимости кабельной продукции может быть существенной: при увеличении на порядок питающего напряжения сечение кабелей питания (соответственно и их стоимость) можно уменьшить на два порядка! Если СОП проектируется для совместной работы с другими системами безопасности, например, с системами видеонаблюдения, охранного освещения и т.п., для которых планируется использовать единую систему электропитания, то применение переменного напряжения 220 В является наилучшим вариантом. Существенным недостатком этого способа электропитания является необходимость прокладки сети 220 В отдельно от слаботочных сетей: в отдельном коробе, трубе или отдельной воздушной трассой, что требует дополнительных затрат на материалы и производство работ. И в некоторых случаях указанный недостаток может перечеркнуть все преимущества этого способа, особенно на небольших периметрах.

Для обеспечения резервирования питания в этом случае можно использовать инверторные источники питания, работающие от аккумуляторов (на этом же принципе построены компьютерные бесперебойные источники питания UPS) и обеспечивающие на выходе переменное напряжение 220 В. Но резервирование всей системы охраны периметра на инверторах обычно приемлемо только на короткое время (20-30 мин.), так как дальнейшее увеличение мощности инвертора ведет к значительному удорожанию системы питания. Более выгодно использование бензиновых или дизельных генераторов, которые могут обеспечить высокое качество выходного напряжения при длительном времени работы, а на время, необходимое для запуска генератора, можно использовать инверторы.

Другой способ обеспечения непрерывной подачи электроэнергии — применение "уличных" БРП (блоков резервированного питания. -Прим. Б.С. Введенского), т.е. таких источников, конструкция которых предусматривает установку аккумуляторных батарей непосредственно на периметре и обеспечение их соответствующим температурным режимом.

На периметрах средней протяженности этот способ вполне себя оправдывает, особенно если корпуса блоков позволяют использовать их в качестве участковых шкафов. Однако срок службы АКБ в данном случае сокращается, по сравнению с установкой их в помещении, и тем больше, чем чаще на объекте пропадает основное питание.

Питание от низковольтных источников постоянного тока

Традиционно и наиболее часто для электропитания охранных устройств на периметре используют низковольтные источники резервированного питания с номинальным напряжением 12 или 24 В. Однако применение источников с напряжением 12 В нельзя признать лучшим способом организации электропитания линейной части СОП. Основная проблема — это потери напряжения на кабелях питания. При большой длине кабельных трасс и/или недостаточном сечении жил кабеля питания на удаленных от источника питания приборах мы можем получить напряжение питания ниже допустимого предела. В большинстве приборов нижняя граница диапазона питания составляет 10-10,5 В, то есть при выходном напряжении источника питания 12,5 В потери на кабелях не должны превышать 2-2,5 В. А в случаях отключения сетевого питания и при переходе на питание от резервных аккумуляторов эти потери должны быть сведены практически к нулю (0-0,5 В), так как при разряде аккумулятора на 70% (рекомендуемая степень разряда) напряжение на его клеммах падает до 10,5 В. Таким образом, при корректном подходе к проблеме потери на кабелях питания могут составлять не более 0,5 В при обычных условиях или не более 1-1,5 В при увеличении емкости аккумуляторной батареи в 1,5-2 раза с целью не допустить при разряде падения напряжения на клеммах ниже 11-11,5 В. Эти требования влекут за собой необходимость увеличения сечения питающих кабелей, использования аккумуляторных батарей с более высокой емкостью или ограничивают возможный ток потребления приборов линейной части, что в конечном счете приводит к увеличению стоимости системы охраны периметра и усложняет монтаж кабельных трасс.

Возможные пути решения проблемы

Классический способ построения системы

Рассмотрим пример "классического" построения системы питания СОП, схематически показанного на рис. 1.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9400

В помещении охраны объекта располагается блок резервного питания (БРП) с аккумуляторными батареями (АКБ), питающийся от сети переменного тока 220 В/50 Гц. Задача блока — выдать на магистральную линию питания требуемое напряжение, держать в заряженном состоянии резервные АКБ и при пропадании сетевого (основного) напряжения обеспечить функционирование комплекса до восстановления основного питания.

Нагрузкой магистральной линии является охранное оборудование, установленное на периметре ("нагрузка"). При этом расстояние между двумя соседними приборами может достигать нескольких сотен метров.

Схема выглядит просто и очевидно. Но нужно учитывать, что протяженность магистральной линии может быть большой, а система может насчитывать десятки подключенных к ней устройств. Эти обстоятельства сильно усложняют практическую реализацию системы электроснабжения СОП. Основное, с чем сталкивается проектировщик, — как скомпенсировать падение напряжения на проводах магистральной линии питания. К сожалению, выбор методов очень ограничен:

  1. Увеличение сечения проводов магистральной линии питания.
  2. Сокращение длины линии за счет увеличения количества БРП, размещаемых в разных точках охраняемого периметра.

На некоторых объектах второй пункт трудно осуществить в связи с отсутствием дополнительных мест расположения блоков, например при охране полигонов, на которых нет разводки сетевого напряжения и каких-либо помещений. Оба варианта ведут к существенному увеличению цены системы в целом.

Для примера рассмотрим следующую задачу.

Необходимо рассчитать сечение проводов магистральной линии на участке 500 м. Точки подключения оборудования располагаются через каждые 100 м. На рис. 1 такие точки обозначены буквами а, Ь, с, d и т.д. Напряжение магистральной линии в точке "а" составляет 13,7 В, что соответствует напряжению заряженной АКБ. Каждая из нагрузок потребляет ток 1 А, а диапазон питающего напряжения устройств лежит в пределах 9-15 В. Предположим, что внутренний стабилизатор охранных приборов организован по линейной схеме, а это означает, что ток потребления не зависит от входного напряжения в заданном диапазоне.

Таким образом, на конце линии мы должны иметь напряжение не ниже 9,5 В для обеспечения работоспособности самого удаленного прибора (здесь взят некоторый запас по напряжению на случай непредвиденных ситуаций). Достаточно простые расчеты дают результат, приведенный в табл. 1 (сечения кабелей свыше 10 мм2 округлены до стандартных значений).

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9401

Однако при расчетах не был учтен худший случай — работа в аварийном режиме, при котором система должна сохранять работоспособность при разряде АКБ до напряжения 10,5 В. Результаты расчетов для аварийного режима (сечения кабелей округлены до стандартных значений) приведены в табл. 2.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9402

Обратим внимание, что для аварийного случая требуемое сечение кабелей питания в среднем увеличилось почти в 4 раза. Если внутренние стабилизаторы охранных приборов выполнены по импульсной технологии, то сечения проводов будут несколько меньше.

Частично компенсировать описанные недостатки можно при использовании повышенного магистрального напряжения и охранных устройств с широким диапазоном напряжения питания, например 9-36 В. Однако в этом случае проектировщик ограничен в выборе используемого охранного оборудования.

Здесь следует отметить еще одну трудность, с которой сталкивается проектировщик. Часто по техническим характеристикам охранного устройства нельзя определить, по какой технологии выполнен внутренний стабилизатор — линейной или импульсной. Для этого требуется внимательный анализ технической документации на охранный прибор или консультация изготовителя. Нужно учитывать, что при использовании импульсных стабилизаторов расчет системы усложняется, так как ток, потребляемый устройством, зависит от локального напряжения, то есть от того, в какой точке магистрали будет установлен прибор.

Распределенная система питания

Альтернативным решением является построение системы распределенного питания со вторичными источниками, схема которой изображена на рис. 2.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9403

Центральный блок резервного питания (условно обозначен ББП-36 В) питает магистральную линию постоянным напряжением 36 В. Периферийные (вторичные) блоки питания (условно обозначены БП-1 2 В) имеют входной диапазон напряжения от 15 до 50 В, обеспечивая на выходе стабилизированное напряжение 12 В.

Рассчитаем предыдущую задачу для новых условий. В "аварийном" случае (при отказе сети переменного тока) на входе магистральной линии напряжение будет равно 31,5 В и на последнем приборе должно быть не менее 15 В. Отметим, что в силу использования импульсных стабилизаторов ток, потребляемый узлами подключения, будет зависеть от напряжения в этих точках. Для правильного расчета требуется знать КПД стабилизаторов (здесь 80%). Заметим, что решение данной задачи — работа трудоемкая, и для ее решения воспользуемся специальной свободнораспространяемой программой "Калькулятор СБП" (www. npfpol.ru).

Результаты расчета для аварийного случая (отказ сети переменного тока) при использовании распределенной системы питания представлены в табл. 3.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9404

В результате сечение магистральных проводов уменьшилось по сравнению с "классическим" случаем в среднем в 20 раз (!). При этом имеется некоторый запас мощности центрального источника, что позволяет подключить дополнительные устройства или удлинить магистральную линию. Дальнейшее развитие идеи — повышение напряжения магистральной линии. На отечественном рынке уже появились системы с постоянным напряжением 110 В.

Некоторые практические аспекты

Необходимо отметить особенности электропитания исполнительных приборов СОП — звуковых и световых оповещателей (сирен, прожекторов и т.п.). Мощность потребления таких приборов обычно весьма высока, в противном случае их эффективность будет недостаточной. Поэтому во избежание импульсных наводок на охранное оборудование звуковые и световые оповещатели целесообразно питать по отдельному кабелю или через отдельные преобразователи напряжения, которые обеспечивают эффективную развязку по питанию.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9405

Система электропитания периметральных устройств неразрывно связана с вопросами заземления, которое выполняет две основные функции. С одной стороны, это обеспечение безопасности обслуживающего персонала, с другой — защита оборудования от различного рода перенапряжений. По нормативным документам (РД 78.145-93, п. 15) приборы с напряжением питания до 42 В заземления не требуют. Однако любое оборудование, подключаемое к длинным линиям, подвержено сильным помехам, в результате которых оно может работать со сбоями и даже выйти из строя. Многие производители для обеспечения экранировки схемы соединяют общий провод питания с корпусом своих охранных устройств. Такое изделие, будучи установленным на периметре, автоматически заземляется через элементы крепления и элементы ограждений.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9406

В результате между приборами, разнесенными на большое расстояние, может возникнуть разность потенциалов, приводящая к повреждениям элементов схемы. Чтобы этого не произошло, при построении системы электроснабжения требуется либо использовать гальванические развязки в блоках питания, либо прокладывать вдоль всей магистрали дополнительный проводник большого сечения для выравнивания потенциалов между всеми охранными устройствами.

И.С. Булатов
Технический директор ЗАО «Альтаир»
А.Ю. Спириденко
Ведущий специалист ООО «НПФ Полисервис»



Похожие статьи...