Грозозащита Ethernet для IP-видеонаблюдения

Дата публикации: 05.10.2016 Скачать статью в формате pdf (необходимо зарегистрироваться или авторизоваться)

Система IP-видеонаблюдения - это совокупность сложных высокотехнологичных устройств с чувствительной электроникой. Эти устройства подвержены влиянию перенапряжений, бросков тока, статического электричества и т.п. А если мы говорим об уличном видеонаблюдении и, тем более, системах наблюдения на периметре, то дополнительную угрозу несут в себе наведенные напряжения вследствие удара молнии во время грозы. О том, как обеспечить грозозащиту и непрерывную работу системы видеонаблюдения мы и поговорим в статье.

Ууууу...грозы для системы IP-видеонаблюдения

Для начала разберемся в терминологии. «Грозозащита» - устаревший и не подкрепленный нормативной документацией термин. В литературе встречается термин «молниезащита» и именно его корректно использовать для устройств, сооружений и комплекса мероприятий для защиты от прямого или непрямого попадания молнии. Однако, мы себе позволим в этой статье и далее использовать термин «грозозащита» для комфортного восприятия информации читателями. Да уж простят нас профессионалы в сфере молниезащиты.

Когда говорят о грозозащите, предполагают защиту от разрядов молнии при грозах. Удар молнии даже в нескольких километрах от объекта вызывает короткие импульсы в слаботочных сетях в несколько сотен вольт. Возможно ли защититься от удара молнии?

Удельная плотность грозовых разрядов в России достаточно мала и составляет около 3-х ударов в год на квадратный километр. Но если молния попадает в объект, то разрушения могут быть достаточно серьезные. Для защиты от прямого попадания молнии служат специальные сооружения, призванные перехватить удар молнии и отвести ее ток в сторону от объекта защиты. Это всем известные громоотводы (термин «громоотвод» некорректный, но распространенный. Правильное название «молниеотвод», которого мы и будем придерживаться в дальнейшем). Никаких устройств локальной защиты от прямого попадания молнии, которые можно было бы подключить к IP-камере, не существует. При прямом попадании молнии камера просто оплавится. Для молнии характерны значения напряжений в десятки миллионов вольт, а тока - сотни килоампер в импульсе до 100 мкс. Комплекс мероприятий по устройству навесов и молниеотводов мы не рассматриваем в рамках данной статьи и предполагаем, что такая защита на объекте имеется априори.

Наиболее вероятная угроза для системы видеонаблюдения - это короткие импульсы перенапряжений. Причины возникновения таких импульсов:

  • удар молнии поблизости от объекта, в т.ч. в молниеотвод
    мощный электрический импульс и электромагнитное возмущение вызывает наведенную ЭДС в токопроводящих жилах цепей передачи информации и питания. В этой ситуации не помогает даже заглубление кабеля в толщу земли.
  • статическое электричество
    перемещения кабеля, ионизированный воздух, погодные явления. Все это может вызвать появления импульсов статического напряжения, способных вывести из строя оконечное оборудование - коммутатор или видеокамеру. Наверняка, все испытывали на себе действие статического электричества, когда зимой снимали свитер из синтетических тканей. Неприятно, правда? Даже такого рода разряды опасны для микроэлектроники.
  • перенапряжения вследствие коммутаций и переключений
    подключение удаленной камеры, коммутация патчкордов в кроссовой, включение питания коммутатора на периметре, включение и отключение мощной нагрузки - это примеры переходных процессов в электрических цепях, сопровождающихся резкими скачками напряжения импульсного характера, что может вызвать сбои в работе и поломки.

Последствия удара молнии в систему видеонаблюдения.

Вне зависимости от способа возникновения импульсов перенапряжения, все они характеризуются значениями напряжения в несколько киловольт и временем воздействия в десятки мкс. И даже такого времени вполне достаточно, чтобы причинить непоправимый ущерб дорогостоящему оборудованию. Защитить от импульсных перенапряжений в информационных линиях и цепях питания призваны УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений). Специалисты старой школы могут вспомнить термин ОПН (ограничитель перенапряжений), что, по сути, означает то же самое.

Конструкция и классификация устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Задача УЗИП - создать короткозамкнутую цепь на клемму заземления в момент воздействия импульса перенапряжения и тем самым предотвратить протекание тока через защищаемое оборудование. В то же время при отсутствии перенапряжений в цепи, УЗИП не должно оказывать сколько-нибудь заметного влияния на режим работы оборудования.

Компоненты для изготовления устройств грозозащиты систем видеонаблюдения.

Для УЗИП широко используются искровые и газовые разрядники, варисторы, диоды-супрессоры.

В зависимости от типа (класса испытаний) устройств защиты и их предназначения (защита силовых цепей, низковольных устройств, информационных линий) используют различные схемы и комбинации вышеприведенных компонентов.

УЗИП различаются по классам от I до III. Классы УЗИП соответствуют классам испытаний:

  • УЗИП первого класса испытаний 
    испытания по первому классу имитируют частично направленные молниевые импульсы с формой 10/350 мкс. Как правило, УЗИП класса I - это устройства для защиты общей электросети здания, которые устанавливаются на вводе. 
  • УЗИП второго класса испытаний
    испытания имитируют уже наведенные молниевые импульсы с формой 8/20 мкс. Предназначены для защиты электроаппаратуры, вторичных цепей питания, линий связи. Устанавливаются уже после УЗИП первого класса.
  • УЗИП третьего класса испытаний
    испытания аналогичные второму классу, но расширенны комбинированной волной из импульсов 1,5/50 и 8/20 мкс. Предназначены для защиты особо чувствительной аппаратуры и приборов, для которых не предусмотрено прохождение испытаний на устойчивость к импульсным перенапряжениям. Производители рекомендуют такие устройства для медицинской аппаратуры, серверов баз данных, устройств промышленной автоматики и телемеханики, дорогостоящих измерительных устройств. 

Существуют УЗИП классов I+II и I+II+III. Это не значит, что они комбинируют в себе несколько устройств. Просто такие устройства соответствуют сразу нескольким видам испытаний.

В каталогах зарубежной продукции можно встретить разделение УЗИП по типам. Разделение устройств по классам принято в российских ГОСТ, а за рубежом принято использовать классификацию по типам. Тип и класс для УЗИП - это одно и то же.

Какой же тактики применения УЗИП следовать для системы видеонаблюдения? 

Начнем с электропитания и общего ввода в здание. На нем обязательно применение УЗИП класса I. Но это, скорее всего, уже предусмотрено проектом электроснабжения. Устанавливать дополнительное УЗИП класса I на щитке питания системы видеонаблюдения внутри здания нецелесообразно. Но если щит электропитания вынесен из здания, то для обеспечения грозозащиты необходимы применение УЗИП класса I и организация локального заземления. 

Далее необходимо защитить информационные линии и линии электропитания камер. Об этом стоит поговорить подробнее.

Защита со всех сторон

Как мы определили, ЭДС может быть наведена на любой токопроводящий объект, и в первую очередь кабели: электропитания и информационный. Причем, если установить УЗИП возле одного конца, например, информационной линии Ethernet, будет осуществляться защита только того устройства, возле которого находится УЗИП. Аналогично и для цепей питания слаботочных устройств. Почему же нельзя поставить одно УЗИП на линию? Здесь все очень просто. Сопротивление кабеля слишком велико для того, чтобы импульсное перенапряжение, возникшее на незащищенном конце кабеля могло быть эффективно нейтрализовано УЗИП, установленным на другом конце.

Еще одним отличным решением для защиты центрального коммутационного и станционного оборудования будет применение оптоволоконных линий. Стекло не является проводником электричества и обеспечивает полную гальваническую изоляцию и защиту.

Типовая схема создания защищенной системы уличного и периметрального видеонаблюдения:

Типовая схема грозозащиты уличного IP-видеонаблюдения для здания.

Типовая схема грозозащиты оборудования IP-видеонаблюдения на периметре.

В схеме показан вариант для камер с питанием по PoE. Если IP-камера питается отдельным напряжением, то для питающего кабеля также необходимо предусматривать защиту как на выходе из БП, так и при подключении к камере.

УЗИП для защиты сетей Ethernet в большинстве своем имеют класс II.

Внимание

Без подключения к заземлению УЗИП не обеспечивают защиту. При этом заземление должно быть организовано в строгом соответствии с требованиями ПУЭ. При проектировании видеонаблюдения необходимо выделить соответствующие требования к организации заземления в точках установки УЗИП в отдельный документ в составе проекта. Документ станет частью ТЗ для проекта электроснабжения и молниезащиты. Не стоит надеяться, что монтажник по месту прикрутит клемму заземления к любой ближайшей железке, и защита будет обеспечена.

Какое оборудование выбрать?

Стоимость устройств защиты на один порт Ethernet составляет от 300 до 6000 р. и более. Почему такой большой разброс? Мы умышленно сказали «устройства защиты», а не УЗИП. Существует великое множество недорогих устройств, заявленных как грозозащита линии Ethernet. Выяснить, что за схемотехника и способы обеспечения защиты используются в таких устройствах проблематично, в документации редко указываются необходимые данные для идентификации класса защиты, тем более информация о типе УЗИП и классе защиты. Причем узнать, работает это устройство или нет, спасет ли оно в тот самый момент, который и наступит-то может быть один раз в жизни, без специального тестера невозможно. Можно, конечно, понадеяться на авось и установить, что подешевле - заказчик все равно не проверит работу УЗИП, но выход из строя дорогого оборудования будет на вашей совести и серьезно скажется на репутации, подорвав доверие заказчика.

Мы рекомендуем обратить внимание на продукцию известных марок, таких как DEHN + SÖHNE, PHOENIX CONTACT, HAKEL. Даже если вы выбрали качественное УЗИП, рекомендуется проверить его параметры специальным тестером. Стоимость такого тестера высока и покупать его не имеет смысла, лучше взять в аренду, либо договориться о проверке со специализированной организацией или представительством производителя. Только в таком случае вы можете быть уверены в высоком уровне защиты.

Различные варианты УЗИП для систем видеонаблюдения.

Будет ли выбор дорогих УЗИП стопроцентной гарантией от воздействия грозовых разрядов? Нет! Степень защиты УЗИП определяется параметрами напряжения и временем импульса. Если они будут превышены, защита может не сработать. Да и доказать, что устройство не сработало, когда это было нужно, невозможно. В любом случае, если в ТЗ прописано требование обеспечить грозозащиту, установка качественных устройств защиты - это лучшее и единственное, что вы можете сделать.

Тактика использования УЗИП для внешних систем видеонаблюдения рассмотрена в нашем вебинаре "Технологии защиты систем видеонаблюдения" от 14.10.2016. Фрагмент вебинара о грозозащите для видеонаблюдения:

Типовые заблуждения

Встроенная защита в устройствах

Некоторые производители заявляют о грозозащите своего оборудования. С технической точки зрения это возможно. Почему бы не встроить схему УЗИП внутрь устройства? Однако, нередко у таких устройств отсутствует клемма заземления, нет описания класса испытаний или хотя бы параметров, которые можно было бы соотнести с нужным нам типом защиты. Какая защита установлена в таких устройствах и от чего защищает, можно только догадываться. Проверяйте информацию из рекламы в документации на продукцию.

Для защиты достаточно молниеотвода

Молниеотвод или, в просторечии, громоотвод - это комплекс мероприятий, направленный на перехват, распределение и растекание тока, возникающего вследствие прямого попадания молнии в объект защиты.  Его задача - защитить здания и сооружения, взрывоопасные объекты, объекты энергетики и жизнеобеспечения от прямого попадания молнии и рисков связанных с этим: разрушения конструкций, пожаров, взрывов, отключения электрогенерирующих мощностей и т.п. 

Установка молниеотвода ни в коей мере не может изменить величину наведенных перенапряжений в электрических цепях объекта. Задача ограничения перенапряжений ложится полностью на УЗИП в электрических коммуникациях объекта.

Грозозащиту можно проверить электрошокером

Для начала, электрический импульс электрошокера не похож на измерительный импульс для проверки УЗИП. Это серия импульсов с определенной частотой в десятки герц. Данные испытания никак не соответствуют характеру воздействий в виде одиночных грозовых перенапряжений. К тому же, контур замыкания дуговых разрядов электрошокера ограничивается металлом корпуса оборудования, проводником линии питания или информационного кабеля и не распространяется на цепь. Поэтому судить о работе или не работе УЗИП при таких испытаниях некорректно.

Для защиты достаточно заземлить камеру и экран кабеля

Если видеокамера имеет металлический корпус, а кабель используется экранированный, то заземление корпуса камеры и экрана кабеля обязательно. Сможет ли это защитить от возникновения импульсных перенапряжений? Частично. Экран кабеля имеет достаточно высокое сопротивление, чтобы обеспечить быстрое стекание тока, возникающего в его толще вследствие воздействия электромагнитного возмущение от удара молнии. 

И ни в коем случае не заземляйте экран кабеля с двух сторон, если не уверены в равном потенциале земли. Иначе по экрану потечет постоянный ток уравнивания потенциалов, который будет уже действовать не кратковременного, а постоянно, и может нарушить работу системы.

Устройства грозозащиты - одноразовые

Существует мнение, что грозозащита подобна плавкому предохранителю и выгорает после воздействия разряда, вызванного молнией. Имея в голове такое убеждение, не захочется покупать устройство стоимостью несколько тысяч рублей. Так вот: это ошибочное мнение! Если в линии возникло импульсное перенапряжение в рамках класса УЗИП, то УЗИП выполняет свою функцию и не выходит из строя. Более того, при проведении испытаний УЗИП, его подвергают воздействию импульса перенапряжения не менее 15 раз. Если же УЗИП вышло из строя, то это означает, что импульс превышал расчетные значения, и тогда можно только порадоваться, что сгорело УЗИП, а не дорогостоящая IP-камера, коммутатор или сервер видеонаблюдения.

Подробно о правильном обеспечении молниезащиты систем видеонаблюдения в своем докладе на конференции для проектировщиков PROIPvideo2018 рассказывал представитель компании Ден рус Алексей Федоров:

Нормативная документация

При проектировании системы видеонаблюдения с грозозащитой полезно изучить следующие нормативные документы в этой области:

  • ГОСТ Р 51992-2011 «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах». Аналог международного стандарта МЭК 61643-1:2005
  • ГОСТ Р 50571.26-2002 «Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 534. Устройства для защиты от импульсных перенапряжений»
  • СО 153-34.21.122-2003 "Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций"
  • ПУЭ "Правила устройства электроустановок" издание 7

Заключение

Никакие нормативные документы не обязывают обеспечивать грозозащиту оборудования системы видеонаблюдения. Возможно, отдельными ведомственными нормативными документами и внутренними предписаниями заказчика установка УЗИП предусмотрена. Специалистам Видеомакс такие документы не встречались. В то же время, установка УЗИП для ключевых камер и сетевых узлов коммутации позволит надежно защитить систему видеонаблюдения от воздействия импульсных перенапряжений, которые могут быть вызваны не только ударами молнии, но и статическим электричеством, коммутациями, включением и отключением мощных нагрузок. 

Если в ТЗ заказчик прописал требование по обеспечению защиты от импульсов перенапряжений и грозозащите вы теперь знаете что делать. Выбирайте соответствующей задаче УЗИП и выдавайте электрикам техтребования по организации заземления в точках установки УЗИП. Если же в ТЗ прописана организация молниезащиты, то настоятельно рекомендуем передать эту работу профессионалам, т.к. расчеты устройств молниезащиты довольно сложны и должны учитывать специфику объекта защиты.

Специалисты компании Видеомакс готовы провести аудит готового проекта и консультации при выборе проектных решений для создания лучших систем видеонаблюдения. Вы получите проработанное и протестированное решение своей задачи. Вы можете рассчитывать на любую помощь: выбор камер, определение тактики охраны, расчет ЛВС, выбор станционного оборудования и программного обеспечения системы видеонаблюдения. Получить консультацию можно по телефону 8 800 302-55-46. Проект для проведения аудита следует отправлять на email: info@videomax-server.ru


Тематики статьи

Возврат к списку




Комментарии к статье:
Загрузка комментариев...
Рекомендуем прочитать