Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń systemów telewizji dozorowej

Wtorek, 12 Styczeń 2010

Jedną z podstawowych przyczyn uszkodzeń urządzeń rozbudowanych systemów telewizyjnych są doziemne wyładowania piorunowe. Są one szczególnie groźne dla kamer rozmieszczonych w eksponowanych miejscach na dachach i ścianach obiektów budowlanych lub obok tych obiektów np. na wysokich wspornikach lub masztach. Zagrożone są również urządzenia elektroniczne w pomieszczeniach wewnątrz obiektu, w których prowadzona jest obserwacja i nagrywanie zdarzeń.

Stworzenie warunków zapewniających bezawaryjne działanie urządzeń systemów telewizyjnych wymaga zastosowania w instalacji elektrycznej oraz w obwodach przesyłu sygnałów urządzeń ograniczających przepięcia SPD (ang. Surge Protective Device).

Poziomy odporności udarowej urządzeń

Prosty system sieci telewizyjnej składa się z monitora, magnetowidu i krosownicy wizyjnej, od której odchodzą kable koncentryczne do poszczególnych kamer. Dodatkowo do kamer, mogą być doprowadzone napięcia zasilające i sterujące.
W takim systemie SPD powinny być tak dobrane i rozmieszczone, aby ograniczały przepięcia do poziomów leżących poniżej poziomów odporności udarowej przyłączy zasilania i sygnałowych chronionych urządzeń.
Podstawowe informacje o zalecanych poziomach odporności udarowej urządzeń systemu telewizyjnego zestawiono w tabeli 1.

Ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej

W typowym obiekcie budowlanym posiadającym instalację piorunochronną należy, do ograniczania zagrożeń stwarzanych przez rozpływający się prąd piorunowy, w instalacji elektrycznej zasilającej urządzenia systemu telewizyjnego zainstalować (rys.1) dwu- lub trójstopniowy system urządzeń ograniczających przepięcia.

Rys. 1. Przykład typowego dwustopniowego systemu ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym a) układ SPD typu 1; b) układ SPD typu 2

W takim systemie układ SPD typu 1, umieszczany najczęściej w złączu lub w rozdzielnicy głównej, ogranicza udary do jednego z wybranych poziomów (2500 V lub 4000 V). Ochronę uzupełnia układ SPD typu 2 zainstalowany np. w tablicy rozdzielczej, z której zasilane są urządzenia systemu telewizyjnego.
Urządzenia systemów telewizyjnych są również instalowane w niewielkich obiektach budowlanych np. w portierniach, obiektach straży przemysłowej. W takich przypadkach należy zastosować układy SPD typu 1 (rys. 2) o niskich napięciowych poziomach ochrony (ok. 1500 V).

Rys. 2. Przykład jednostopniowego systemu ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej niewielkiego obiektu; a) układ SPD typu 1 o poziomie ochrony 1500 V

W przypadku kilkudziesięciometrowej odległości tablicą rozdzielczą z SPD typu 1 a pomieszczeniem z urządzeniami wskazane jest zastosowanie dodatkowych SPD typu 3 (rys. 3).
W obiektach, w których występuje tylko zagrożenie stwarzane przez przepięcia atmosferyczne indukowane lub przepięcia wewnętrzne (obiekty bez urządzenia piorunochronnego, zasilane długimi podejściami kablowymi) można zastosować tylko SPD typu 2 i 3.

Ograniczanie przepięć dochodzących do portów sygnałowych

W systemie sieci telewizyjnej kamery mogą być rozmieszczone:
• wewnątrz budynku,
• na dachu lub ścianach zewnętrznych obiektu,
• na zewnątrz obiektu na słupach metalowych lub wykonanych z materiałów nieprzewodzących.

Do każdej z kamer najczęściej doprowadzany jest:
• kabel koncentryczny do przesyłu sygnałów wizyjnych,
• kabel 4-ro przewodowy (np. skrętka dwu-parowa) wykorzystywany do zasilania prądem stałym lub przemiennym najczęściej o napięciu 12 V lub 24 V sterującego ogniskową obiektywu oraz układem umożliwiającym zmiany kierunku obserwacji,
• przewody napięcia zasilającego 220V.

W większości niezbyt rozległych systemów sieci telewizyjnej napięcie zasilające 220 V najczęściej doprowadzane jest do kamer z jednego źródła.
W takim przypadku ograniczniki przepięć należy zastosować w liniach sygnałowych, sterujących i zasilających dochodzących do pomieszczenia z urządzeniami systemu oraz do tych kamer, które znajdują się na zewnątrz budynku lub w znacznej odległości od tego pomieszczenia. Przykładowe rozmieszczenie urządzeń ograniczających przepięcia w takim systemie przedstawiono na rys. 4.

Rys. 4. Urządzenia ograniczające przepięcia w kablu koncentrycznym; a) widok ogólny SPD, b) układy połączeń

Rys. 5. Przykład rozmieszenia kamer i urządzeń ograniczających przepięcia w obiekcie.

 

Wśród zaleceń technicznych producentów i instalatorów systemów istotna jest informacja dotycząca uziemiania ekranów kabli koncentrycznych. Najczęściej zalecane jest uziemianie ekranów kabli koncentrycznych tylko i wyłącznie w jednym miejscu, przy centrali systemu.
Niespełnienie tego warunku może w niektórych przypadkach spowodować pogorszenie jakości pracy systemu, które jest powodowane przez pasożytnicze prądy wyrównawcze, płynące w ekranach kabli koncentrycznych przy minimalnych nawet różnicach potencjałów pomiędzy uziomami. Spełnienie powyższego warunku wymaga zastosowania SPD, w którym ekran z lokalnym systemem wyrównawczym połączony jest przez iskiernik (rys. 5).
Do ograniczania przepięć w systemach sterowania ogniskową obiektywu lub zmianami kierunku obserwacji można zastosować układy składające się z odgromników gazowanych oraz diod zabezpieczających lub warystorów.
W zależności od występującego zagrożenia należy dobierać układy zapewniające ochronę przed działaniem części prądu piorunowego lub przepięć atmosferycznych indukowanych (rys. 6)
Przykładowe rozwiązanie kompleksowego systemu ograniczania przepięć w liniach zasilających i sygnałowych dochodzących do kamery na maszcie oraz liniach sygnałowych (kablach koncentrycznych) przestawiono na rys. 7.

Rys. 6. Ograniczanie przepięć w systemie sterowania kamery; a) widok ogólny, b) schemat urządzeń ograniczających przepięcia [4]

Optymalnym sposobem ochrony kamer instalowanych na dachach obiektów jest umieszczenie ich w przestrzeni chronionej tworzonej przez dodatkowe zwody pionowe lub poziome.
Kąty ochronne zwodów należy dobierać zgodnie z zaleceniami norm ochrony odgromowej. W tworzonym układzie ochronnym kamera oraz dochodzące do niej przewody powinny być oddalone od zwodów na odległość uniemożliwiającą wystąpienie przeskoków iskrowych. Jeśli takie rozwiązanie jest niemożliwe należy zwód połączyć ze wspornikiem kamery.

 

Kamery instalowane na zewnątrz obiektu, na słupach metalowych lub wykonanych z materiału nieprzewodzącego powinny również znajdować się w przestrzeni chronionej tworzonej przez zwód pionowy zamontowany na słupie. Zwód należy połączyć ze słupem (słupy metalowe) lub połączyć z przewodem odprowadzającym biegnącym wzdłuż słupa (słupy z materiału nieprzewodzącego) Słup metalowy lub przewód odprowadzający powinny być połączone z uziomem obiektu (np. taśmą stalową - bednarką).

Optymalnym sposobem ochrony kamer instalowanych na dachach obiektów jest umieszczenie ich w przestrzeni chronionej tworzonej przez dodatkowe zwody pionowe lub poziome.
Kąty ochronne zwodów należy dobierać zgodnie z zaleceniami norm ochrony odgromowej. W tworzonym układzie ochronnym kamera oraz dochodzące do niej przewody powinny być oddalone od zwodów na odległość uniemożliwiającą wystąpienie przeskoków iskrowych. Jeśli takie rozwiązanie jest niemożliwe należy zwód połączyć ze wspornikiem kamery.

 

Ochrona odgromowa kamer

W takim systemie szczególnie groźne są bezpośrednie uderzenie piorunu w kamery telewizyjne. Bez zastosowania odpowiednich środków ochronnych, nastąpi zniszczenie kamery oraz uszkodzenie całego systemu.
Analizując zagrożenie piorunowe należy określić przestrzeń chronioną tworzoną przez obiekt i sprawdzić czy kamera znajduje się w tej strefie oraz wyznaczyć dopuszczalny odstęp izolacyjny w do najbliższego elementu instalacji piorunochronnej i zamontować kamerę w dalszej odległości (s > w).
Przykładowe rozwiązanie zewnętrznej ochrony odgromowej kamer zestawiono w tabeli 2.
Na przedstawionych rysunkach zaznaczono miejsca instalowania urządzeń ograniczających przepięcia.
System uziomowy obiektu może być dodatkowo uzupełniony o uziom lokalny (np. pionowy o długości 2,5 m lub poziomy o długości 5 m), tworzony przy słupie na którym zamontowana jest kamera. Dodatkowy uziom jest wskazany w przypadku dużej rezystywności gruntu i znacznych odległości pomiędzy kamerą i obiektami. W takich przypadkach zaleca się układanie przewodów dochodzących do kamer w metalowych kanałach lub rurkach.

Rys. 7. Widok ogólny urządzeń do ograniczania przepięć a) ograniczanie przepięć w obwodach zasilania i sygnałowych kamery b) ograniczanie przepięć w przewodach koncentrycznych dochodzących do pomieszczenia kamerami [4]

Podsumowanie

Ochrona odgromowa urządzeń systemu telewizji dozorowej wymaga:
• ograniczania prądów i napięć udarowych w instalacji elektrycznej i liniach przesyłu sygnałów,
• zapewnienia ochrony kamer przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym.
Tylko takie kompleksowe potraktowanie zagadnienia ochrony odgromowej i przepięciowej może zapewnić bezawaryjne działania urządzeń i systemów telewizji dozorowej.

Literatura

1. PN-EN 55103-2, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Profesjonalne urządzenia akustyczne, wizyjne, audiowizualne i sterowania oświetleniem estradowym.
2. PN-EN 61000-4-4, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Metody badań i pomiarów. Badania odporności na serie szybkich zakłóceń impulsowych. Podstawowa publikacja EMC
3. PN-EN 61000-4-5, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Metody badań i pomiarów. Badania odporności na udary
4. Materiały informacyjne firmy DEHN.

Andrzej Sowa