Como alimentar las cámaras de video vigilancia (cctv)

Ing. Sergio Bellechasse Lissabet

 

El desarrollo de la tecnología en nuestros tiempos, ha propiciado un descenso significativo en la miniaturización y en el coste de los sistemas de CCTV, permitiendo la rápida difusión de su empleo a casi todas las áreas de la actividad humana en las que se requiere contar con el respaldo de evidencias visuales sobre la ocurrencia de eventos significativos.

En la actualidad existen en el mercado, kits de video vigilancia que integran gran variedad de cámaras y dispositivos de grabación y facilitan o simplifican su instalación y configuración, de manera que prácticamente cualquiera con un poco de dedicación, pueda instalar y configurar su propio sistema de video vigilancia. Debido a que el empleo más difundido de los sistemas de CCTV es en aplicaciones de video seguridad, el término CCTV se ha generalizado para referirse a estos sistemas.

En el presente artículo, describiremos los métodos utilizados para conectar y alimentar las cámaras de CCTV.

Fuentes de alimentación

La fuente de alimentación, es la encargada de garantizar el suministro de energía para el trabajo adecuado de la cámara, típicamente con 12 o 24V de corriente directa, aunque las cámaras de mayor consumo como las tipo domo motorizado, pueden operar con valores de corriente alterna de 24VAC, 110 VAC o 220 VAC.

La figura a continuación, muestra algunos tipos de fuentes utilizadas para proporcionar energía en los sistemas de CCTV, pudiendo emplearse uno o varios según los requerimientos.

fuentes

Por la forma de conexión se emplea una de dos topologías fundamentalmente:

Alimentación distribuida.

Alimentación centralizada.

Alimentación distribuida o independiente

La alimentación se realiza de forma independiente para cada cámara. Debe garantizarse según el caso 110 o 220 VAC, para la conexión del adaptador o fuente de alimentación de la misma. La figura siguiente ilustra la forma de conexión empleada en esta topología

alimentacion distribuida

Ventajas

- Alimentación adecuada para dispositivos con grandes requerimientos de consumo eléctrico.

- Evita las perdidas del cable con la distancia.

Desventajas

-Imposibilidad de garantizar respaldo de energía para emergencias por fallas eléctricas.

Alimentación centralizada

A partir de una fuente central, se distribuye la energía eléctrica hasta cada cámara. La figura que sigue, muestra un esquema de conexión con alimentación centralizada.

alimentacion centralizada

Ventajas:

- Facilita la redundancia ante fallas

- Facilita la implementación de respaldo de energía

Desventaja:

Se limita por la longitud del cable. No recomendable para largas distancias

Cabe destacar que en ocasiones, se pueden combinar ambas topologías y a veces cuando es permisible, puede emplearse un tipo de alimentación en cadena, en la que a partir de una fuente central lleva la alimentación hasta una primera cámara y a partir de esta, sucesivamente hasta las demás. Este tipo de conexión ahorra en cableado, pero limita la distancia. Además de introducir fallas por mala calidad o envejecimiento de los empalmes (Es recomendable utilizar conectores de expansión o soldadura. Recuerde aislar con tape).

Cableado y Conectores para alimentación en CCTV

Existe gran variedad de cables y conectores que se emplean en CCTV, tanto para audio, corriente y video, pero solo nos ocuparemos en lo que concierne a la conexión de la alimentación.

CABLEADO CON CABLE COAXIAL SIAMÉS PRE-CONECTORIZADO

cable siames

Este tipo de cable se emplea esencialmente en sistema donde la alimentación a las cámaras se distribuye centralmente.

Tenga presente que el cable siamés pre-conectorizado, posee dos conectores en cada extremo. El extremo con un conector BNC macho (video) y un conector de alimentación hembra se conecta en el extremo del DVR, mientras que el otro extremo (conector BNC macho y conector de alimentación macho) se conecta a la cámara. La figura siguiente muestra estos conectores.

conectores

El conector de alimentación hembra se conecta a uno de los machos de un splitter de alimentación y este a su vez a la fuente o adaptador de alimentación. Ver figura que sigue.

splitter

CABLEADO CON CABLE UTP (Unshielded twisted pair)                                            

cable utp

El cable UTP es un tipo de cable multifilar (4 pares trenzados e identificados por color) que se utiliza fundamentalmente para la interconexión de dispositivos en las redes de computadoras, posibilitando la transmisión de datos típicamente hasta 100 m. Con la adopción de un estándar para el cableado, se facilitó la transmisión de datos, voz y video por la misma infraestructura (cableado estructurado), por lo que es frecuente encontrar las tres aplicaciones (datos, voz y video) utilizando un sistema de cableado estructurado. Sin embargo, es típico utilizar cable UTP solo para sistemas de CCTV.

La ventaja fundamental de la utilización del cable UTP en CCTV, radica en que permite la conexión de múltiples cámaras (Hasta 4) con un mismo cable, lo que ahorra tiempo y recursos. O sea, se puede conectar por un cable, el video de 4 cámaras con alimentación independiente o 2 cámaras utilizando dos pares (uno por cámara) para video y dos para la alimentación

Sí utiliza una fuente central, puede atornillar en la misma, un extremo del par utilizado para corriente, mientras que en extremo que conecta a la cámara, utilizar un conector macho (Adaptador UTP-DC) como el que se muestra a continuación.

conectores UTP DC

Sí utiliza un adaptador central, entonces utilice un conector hembra como el ilustrado en la figura anterior, en el extremo de la fuente y acóplelo a ésta mediante un splitter de alimentación.

Tenga presente mantener la polaridad. Es decir, utilice el mismo color de cable para atornillar el borne positivo de ambos extremos, al igual que para el negativo. Ver figura siguiente.

polaridad

Si aprovecha las facilidades existentes de un cableado estructurado para conectar las cámaras, puede utilizar baluns de video y corriente como los que se muestran a continuación.

video baluns

CABLEADO CON CABLE COAXIAL SIAMES                                                

siames

El cable coaxial siamés, es un cable coaxial (para video) al que se incorpora un par de cables para llevar alimentación. Puede utilizar adaptadores UTP-DC hembra y macho según el extremo a conectar.

Si se utiliza un coaxial simple con alimentación centralizada, entonces se requiere utilizar un par de cables independientes para llevar la alimentación desde la fuente hasta la cámara. Trate de utilizar un color distinto para diferenciar cada polaridad. Sí no es posible, entonces conecte los extremos de la fuente sin pelar los cables en el extremo de la cámara. Luego pele estos y verifique la polaridad con un multímetro, finalmente conectorice con un adaptador UTP-DC macho para conectar la cámara.

ESTIMACION DE LA DISTANCIA Y LA CORRIENTE

Los cables y conductores se fabrican utilizando cobre y a veces en aleaciones de éste con otros metales como el aluminio. En dependencia de este factor y de la sección circular del calibre con que se fabriquen, ofrecen cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica. Esta se caracteriza o específica para cada calibre en ohmios por metro. Sí conocemos su valor, el voltaje insertado y la longitud de recorrido del cable hasta un punto, entonces podemos calcular la caída de voltaje hasta el mismo de acuerdo a la ley de Ohm y dependencia de la tolerancia de trabajo de la cámara, especificada por su fabricante, podremos determinar si dicha caída de voltaje es admisible o no.

La tabla a continuación, muestra el calibre de alambre recomendado para algunas distancias, en dependencia de la corriente que se requiere con alimentación de 12 V AC/DC. Puede estimar para cada cámara, sí para el calibre de cable utilizado la corriente de consumo se garantiza a la distancia de ubicación de la misma.

tabla de corriente

Sí la caída de voltaje es inadmisible, entonces puede optar por colocar un adaptador independiente en el lugar para dicha cámara, compensar la caída con un calibre de cable menor o  aumentar el voltaje de inserción para alimentar dicha cámara.

Selección de la fuente de alimentación

Aunque con las mejoras introducidas por la tecnología el consumo de las cámaras ha decrecido, es recomendable garantizar 0,5A por cámara. Conociendo el número de cámaras es fácil multiplicar por dicho valor para obtener la corriente total requerida por el sistema. Sí por ejemplo, contamos con 16 cámaras, entonces sí multiplicamos por 0,5A obtenemos un valor de 8 A (Amperios), considerando un 25% como margen de seguridad obtenemos un total de 10 A. Es decir, necesitamos una fuente de 12 V, 10 A para alimentar dicho sistema.

Con estas consideraciones, podremos seleccionar la fuente a utilizar en nuestro sistema para su adecuado funcionamiento.

 

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Cómo alimentar cármaras de CCTV y otros equipos

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"Distribución de energía en CCTV y otros sistemas electrónicos"

 

El libro presenta y fundamenta diversas tecnología y opciones para garantizar la alimentación electríca a  equipos y sistemas electrónicos, de forma local,  independiente o centralizada, así como en sitios remotos donde no llega distribución  de energía a través de la red eléctrica, destacando el uso de tecnologías como PLC, PoC, PoE, turbinas eólicas y paneles solares, incluye además, temas como Calculo de distancia para el cableado de alimentación, empleo de UPS, calculo de su autonomía, entre otros, ejemplificando con escenarios de aplicación típicos.

 

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A continuación se detalla su tabla de contenido:

 

 

 

Capítulo I. Métodos de alimentación mediante fuentes convencionales. 12

Fuentes de alimentación. 13

Alimentación distribuida o independiente. 14

Alimentación centralizada. 15

Determinación de la capacidad de la fuente de alimentación. 16

Cableado y Conectores para alimentación en CCTV. 16

Alimentación con cable siamés pre-conectorizado. 17

Alimentación con cable UTP (Unshielded twisted pair). 18

Alimentación con cable siamés. 21

Alimentación centralizada empleando cable AWG. 21

Calculo de la distancia para sistemas con alimentación centralizada. 21

Capítulo II. Alimentación mediante PoE.. 27

Alimentación mediante PoE (Power over Ethernet). 28

Estándar IEEE 802.3af. 28

Clases del Estándar IEEE 802.3af. 30

Ventajas de PoE. 31

Desventajas. 31

Calculo de la distancia de ubicación admisible utilizando PoE. 32

Estándar IEEE 802.3at. 36

Perdidas de inserción. 38

Consideraciones generales sobre PoE+. 40

Escenarios PoE típicos. 41

Capítulo III. Alimentación través de coaxial (Power over Coax, PoC). 45

Alimentación a través de coaxial (Power over coax, PoC ). 46

Alimentación por coaxial en sistemas analógicos. 46

Escenarios típicos. 55

Alimentación por coaxial en la tecnología SDI. 56

Inyección y derivación de la alimentación. 59

Recomendaciones. 60

Escenarios típicos de Alimentación por coaxial en SDI, HD-SDI y 3G-SDI. 61

Ethernet sobre coaxial (EoC). 63

Escenarios PoE sobre Coaxial. 64

Capítulo IV Empleo de PLC en la alimentación de sistemas. 66

Comunicación a través de líneas eléctricas (Power line communication, PLC). 67

Características de las líneas eléctricas. 67

 

Clasificación de acuerdo al voltaje que distribuyen. 67

Configuraciones típicas. 68

Topología de la red eléctrica. 69

Caracterización del medio de transmisión. 70

Principio de funcionamiento de un adaptador PLC. 72

Modulación de la señal en los sistemas PLC. 74

Densidad espectral de potencia. 75

Clasificación de los sistemas PLC. 76

Ventajas de los sistemas PLC. 76

Limitaciones. 76

Topología de una red BPLC residencial. 77

Estándares internacionales para BPLC. 77

Recomendaciones. 79

Escenarios típicos. 80

Capítulo V. Alimentación fotovoltaica mediante Paneles solares. 83

Alimentación fotovoltaica en CCTV. 84

Clasificación de los sistemas fotovoltaicos. 85

El panel solar como fuente de generación eléctrica. 85

Potencia máxima. 87

Tecnologías de fabricación. 89

Celdas de Silicio mono cristalino. 90

Celdas de Silicio policristalino. 90

Celdas de película delgada. 90

Interconexión de celdas solares. 92

Cálculos para la implementación de un sistema fotovoltaico autónomo. 96

Cálculo o estimación del consumo. 97

Dimensionamiento del sistema de acumuladores. 98

Elementos a considerar para la selección de una batería. 99

Principales parámetros de una batería. 99

Tipos de baterías utilizadas en sistemas FV. 100

Métodos de carga empleados en las baterías. 104

Régimen de carga. 104

Cálculo de la capacidad del sistema de acumuladores. 105

Cálculo de la corriente de carga requerida por la batería. 106

Dimensionamiento del sistema fotovoltaico. 107

Depreciación de la potencia del panel. 116

Depreciación por incremento de la temperatura. 117

Determinación de la variación de Vmp por efectos de la temperatura. 119

Determinación de la variación de Voc por efectos de la temperatura. 122

Selección del regulador de carga. 123

Clasificación de los controladores de carga. 124

Otras consideraciones. 126

Solución con inversor. 130

Clasificación de acuerdo a su empleo o aplicación. 130

Clasificación por la forma de onda de la señal que entregan. 131

Clasificación por el tipo de arranque. 132

Clasificación atendiendo a la topología de conexión. 133

Consideraciones para elegir un inversor. 134

Estimación de las pérdidas por la eficiencia del inversor. 137

Solución empleando un convertidor DC-DC. 138

Clasificación de los conversores. 139

Clasificación de a cuerdo al voltaje de salida. 139

Clasificación de acuerdo al modo de operación. 139

Clasificación de acuerdo a la relación entre la entrada y la salida. 141

Clasificación de acuerdo al sentido de conducción.. 142

Clasificación atendiendo al número de fuentes y cargas conectables. 143

Topologías. 144

Consideraciones para la selección de un convertidor. 146

Cálculo de las pérdidas. 148

Solución con un Controlador con salida adicional estabilizada (12V) o PoE. 150

Depreciación del rendimiento producto de las pérdidas en el sistema. 150

Determinación de la inclinación y orientación de los paneles solares. 153

Inclinación óptima para un panel solar. 159

Para un punto con ubicación en una latitud Norte. 161

Para un punto con ubicación en latitud Sur. 163

Opciones para seleccionar el ángulo de inclinación. 164

Orientación (selección del ángulo de acimut). 164

Soportes o estructuras de fijación para paneles solares. 164

Sistema de auto seguimiento solar (Sun Tracker). 166

Criterios para la selección de un sistema de rastreo automático. 169

Estudio de factibilidad de la instalación (Site survey). 169

Capítulo VI. Alimentación con Energía eólica. 171

Sistema de Alimentación con Energía eólica. 172

Conversión del viento en Potencia. 173

Efectos del número de palas o álabes del rotor. 176

Relación o Razón de velocidad de punta de pala (Tip Speed Ratio, TSR). 176

Características del viento. 178

Clasificación del viento. 179

Medición del viento. 180

Efectos de la superficie del terreno y la altura sobre la velocidad del viento. 180

Variación del viento en el tiempo. 182

Composición y clasificación de un sistema eólico de generación eléctrica. 182

Clasificación de acuerdo a su aplicación. 183

Clasificación de acuerdo a la capacidad de generación. 183

Clasificación de acuerdo a la orientación del eje de rotación. 183

Clasificación de acuerdo al tipo de acoplamiento con el generador. 184

La turbina eólica de generación eléctrica. 184

Cálculo de lapotencia generada por una turbina. 186

Principales parámetros que caracterizan a una turbina eólica. 187

Dimensionamiento de un sistema eólico. 188

Condiciones favorables para generación simultanea. 189

Condiciones de Generación alternativa. 190

Dimensionamiento de un sistema de generación eólica. 190

Capítulo VII. Respaldo de energía. 196

Sistemas de respaldo de energía. 197

Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI o UPS), clasificación. 199

Clasificación de acuerdo al tipo de conversión. 199

Sistemas de simple conversión. 199

Tipos de UPS de simple conversión. 200

Sistemas de doble conversión (Double conversion). 203

Empleo de un interruptor de servicio o bypass. 206

Soluciones con UPS. 206

Sistema redundante aislado. 208

Sistema paralelo redundante. 210

Sistema con redundancia múltiple. 211

Dimensionamiento de un sistema pequeño para respaldo con UPS. 212

Influencia del tipo de carga. 212

Demanda o consumo de la carga a energizar. 214

Determinación del tiempo de autonomía. 217

Determinación de la capacidad de la batería. 217

Otras consideraciones para el dimensionamiento. 222

Sistemas de respaldo con conmutadores de transferencia AC. 225

Clasificación de acuerdo a la tecnología. 226

Clasificación por el tipo de accionamiento del elemento de conmutación. 227

Clasificación de acuerdo al modo de operación. 228

UPS vs conmutadores de transferencia. 230

Conmutador de transferencia. 231

Escenarios típicos con conmutadores de transferencia. 232

Respaldo a partir de un generador alternativo. 232

Respaldo hibrido con UPS. 233

Implementación de redundancia en sistemas basados en UPS. 233

Respaldo a partir de dos fases. 234

Respaldo a partir de dos redes eléctricas independientes. 235

Selección de un conmutador de transferencia. 236

Bibliografía. 237

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