Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Ochrona systemów nadzoru wizyjnego CCTV przed przepięciami

Printer Friendly and PDF

leadSystemy telewizji dozorowej są wykorzystywane do nadzoru prowadzonego w celu zwiększenia bezpieczeństwa obszarów mieszczących się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków. W celu ochrony systemów CCTV przed uszkodzeniami i zapewnienia ich niezawodności powinno się zabezpieczać je przed oddziaływaniem wyładowań atmosferycznych, które zakłócają ich funkcjonowanie. Szkody wywołane przez bezpośrednie lub pośrednie (przepięcia indukowane) oddziaływanie prądu pioruna mogą skutkować nie tylko poważnymi stratami finansowymi związanymi z fizycznym uszkodzeniem sprzętu, ale przede wszystkim z utratą funkcjonalności systemu, która zmniejsza bezpieczeństwo obiektu.

Źródła zagrożeń

Istnieje wiele dróg, którymi przedostają się przepięcia stanowiące zagrożenie dla poszczególnych podzespołów systemu CCTV, w skład którego wchodzą urządzenia zainstalowane w centrum nadzoru wizyjnego oraz punkty kamerowe rozmieszczone często na rozległych obszarach.

Kamery umieszczane na zewnętrznej konstrukcji budynków lub na słupach w terenie otwartym narażone są na bezpośrednie oddziaływanie prądu piorunowego. Energia, jaką niesie impuls pioruna, może nie tylko spowodować zniszczenie sprzętu znajdującego się na zewnątrz budynku, ale także przeniknąć poprzez linie zasilające i sygnałowe do jego wnętrza, powodując jeszcze poważniejsze straty w centrum nadzoru wizyjnego. O ile uszkodzenie pojedynczej kamery powoduje jedynie częściową utratę funkcjonalności, awaria urządzeń w centrum systemu może całkowicie przerwać jego funkcjonowanie i spowodować utratę ważnych danych. W związku z tym wszelkie elementy zewnętrzne systemu powinny znajdować się w strefie ochronnej instalacji odgromowej (LPS, ang. lightning protection system) zgodnie z obowiązującymi normami serii PN-EN 62305 [1].

rys1

Rys. 1. Błędy przy montażu kamer systemu CCTV: niezachowanie bezpiecznych odstępów izolacyjnych i prowadzenie kabli wzdłuż przewodu odprowadzającego instalacji odgromowej

 

Istotne źródło zagrożenia stanowią przepięcia pochodzące z zewnętrznych linii zasilających obiekt. Przy bezpośrednim uderzeniu pioruna w linię energetyczną prąd piorunowy zagraża wszystkim podzespołom wymagającym zasilania, o ile nie są one odpowiednio zabezpieczone. Ze względu na znaczne długości tras kablowych stosowanych w instalacjach CCTV zagrożeniem dla systemu są także przepięcia indukowane. W tym przypadku zagrożone są nie tylko połączenia z punktami kamerowymi na zewnątrz budynku, ale także w jego wnętrzu. Na przepięcia narażone są zarówno linie zasilające (AC lub DC), jak i kable sygnałowe (tory wizji i sterowania kamer). W normach PN-EN 50130-4 określone są wymagania dotyczące poziomów odporności urządzeń stosowanych w systemach alarmowych [2]. Zarówno wartości szczytowe udarów wytwarzanych podczas badań kompatybilności urządzeń alarmowych (maksymalnie do 2 kV udar 1,2/50 µs) oraz maksymalne wartości napięć, jakie są w stanie wytrzymać te urządzenia są znacznie mniejsze od wartości przepięć, jakie mogą pojawić się w okablowaniu wskutek wyładowań atmosferycznych, w związku z czym konieczne jest stosowanie środków ochrony przed przepięciami.

Niestety w praktyce sami projektanci i wykonawcy systemów CCTV zwiększają zagrożenie systemu i życia ludzkiego poprzez złe rozmieszczanie punktów kamerowych i błędne prowadzenie tras kablowych. Wynika to przede wszystkim z braku podstawowej wiedzy z zakresu ochrony odgromowej. W przypadku instalowania podzespołów systemu CCTV w istniejących budynkach rzadko zwraca się uwagę na zachowanie bezpiecznych odstępów izolacyjnych pomiędzy kamerami a zwodami lub innymi przewodami odprowadzającymi należącymi do instalacji odgromowych. Przykłady często popełnianych błędów montażowych przedstawiono na rysunku 1. W przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna w budynek, przy przepływie prądu piorunowego przez przewody instalacji odgromowej, może nastąpić przeskok iskry do umieszczonych zbyt blisko instalacji (kamer lub przewodów). Prowadzenie kabli wzdłuż przewodów odprowadzających prąd piorunowy stwarza możliwość częściowego przeniku tego prądu do wewnętrznych instalacji systemu alarmowego. Może to poskutkować zniszczeniem urządzeń elektronicznych i porażeniem istot żywych.

rys2

Rys. 2. Zależność kąta osłonowego α od wysokości H zwodu pionowego względem płaszczyzny odniesienia i poziomu ochrony odgromowej LPL

 

tab1

Tab. 1. Typy ograniczników przepięć dla sieci rozdzielczych niskiego napięcia


Ochrona odgromowa

Koncepcja ochrony przedstawiona w serii norm PN-EN 62305 zakłada podział obiektu na strefy ochrony odgromowej (LPZ, ang. lightning protection zone), które można zdefiniować następująco:

  • LPZ 0A – strefa na zewnątrz budynku, w której występuje zagrożenie wyładowania bezpośredniego oraz oddziaływanie całkowitego prądu pioruna i całkowitego pola magnetycznego;
  • LPZ 0B – strefa na zewnątrz budynku, w której nie występuje zagrożenie wyładowania bezpośredniego, ale możliwe jest oddziaływanie częściowego prądu pioruna lub prądów indukowanych oraz całkowitego pola magnetycznego;
  • LPZ 1…N – strefy wewnątrz obiektu, w których nie występuje zagrożenie wyładowania bezpośredniego, ale możliwe jest oddziaływanie ograniczonego prądu pioruna lub prądów indukowanych oraz całkowitego lub stłumionego pola magnetycznego.

Wszystkie kamery umieszczane na zewnętrznych ścianach lub dachu budynku oraz na słupach kamerowych powinny znajdować się w strefie LPZ 0B tworzonej przez konstrukcję budynku lub układ zwodów pionowych i poziomych instalacji odgromowej. Strefę 0B wyznacza się metodą wirtualnej kuli toczonej po powierzchni obiektu (metoda bardziej dokładna) lub na podstawie kąta osłonowego α w przypadku zwodów pionowych. W części trzeciej serii norm PN-EN 62305 zdefiniowano cztery klasy LPS odpowiadające poszczególnym poziomom ochrony odgromowej (LPL ang. lightning protection level). Dla każdej z klas zdefiniowano między innymi wymagania dotyczące minimalnych odstępów między zwodami i przewodami odprowadzającymi instalacji odgromowej, promienia toczonej kuli r oraz wartości kątów osłonowych α dla zwodów pionowych (rys. 2).

Kamery umieszczane na słupach także powinny znajdować się w strefie osłonowej tworzonej przez zwody pionowe. Zwody te powinny być połączone z uziomem obiektu.

Przy projektowaniu rozmieszczenia kamer i tras kabli na budynku należy uwzględnić możliwość przeskoków iskrowych z elementów LPS przewodzących prąd pioruna. Wszelkie instalacje powinny znajdować się w bezpiecznych odstępach izolacyjnych od zwodów i przewodów odprowadzających, które nie powinny być mniejsze niż:

wzór

gdzie:

  • ki – współczynnik zależny od wybranej klasy LPS: 0,08, 0,06 lub 0,04 odpowiednio dla LPS klasy I, II lub III i IV,
  • km – współczynnik zależny od materiału izolacyjnego, przyjmujący wartość 1 dla powietrza lub 0,5 dla betonu, cegieł lub drewna,
  • kc – współczynnik zależny od rozpływu prądu w elementach LPS,
  • l – długość (w metrach) mierzona wzdłuż przewodu LPS od miejsca instalacji kamery do punktu najbliższego połączenia wyrównawczego LPS.

W pierwszej edycji norm PN-EN 62305 (przywołanej w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury) wartość współczynnika kc była wyznaczana w zależności od liczby przewodów odprowadzających oraz od typu uziemienia (uziom poziomy/pionowy typu A lub uziom otokowy typu B). W drugiej edycji norm przedstawiono natomiast metodę uproszczoną oraz metodę dokładną. Metoda uproszczona zakłada wartości kc równe 1, 0,66 lub 0,44 (w zależności od liczby przewodów odprowadzających) odpowiednio dla 1, 2 lub 3 i większej liczby przewodów. Metoda dokładna pozwala na oszacowanie, czy możliwe są mniejsze odstępy s, jednak wymaga głębszej analizy rozpływu prądu pioruna w instalacji LPS. W niektórych przypadkach możliwe jest także wybranie wartości kc na podstawie przedstawionych w normie przykładów.

Ochrona przed przepięciami

rys3

Rys. 3. Koncepcja strefowej ochrony systemu CCTV przed przepięciami

 

Ochrona przed przepięciami powinna być projektowana zgodnie ze strefową koncepcją ochrony opisaną w serii norm PN-EN 62305. Poza opisanymi wcześniej strefami zewnętrznymi LPZ 0A i LPZ 0B w ogólnym przypadku analizy systemów CCTV można zdefiniować także dwie strefy wewnętrzne:

  • LPZ 1 – wnętrze budynku,
  • LPZ 2 – pomieszczenie centrum nadzoru wizyjnego (LPZ 2 znajduje się wewnątrz LPZ 1).

W przypadku niewielkich budynków może nie być potrzeby określania strefy LPZ 2. Strefowa koncepcja ochrony zakłada stosowanie układów do ograniczania przepięć na granicach poszczególnych stref. Chronione powinny być wszelkie linie zasilające oraz sygnałowe, do których zalicza się tory służące do transmisji sygnałów wizyjnych i sterujących, prowadzących do kamer. Wewnątrz budynku układy ochronne powinny być stosowane na wejściu wszystkich linii wprowadzanych do pomieszczenia centrum nadzoru wizyjnego (granica LPZ 1/2), co pozwala na zabezpieczenie znajdujących się tam urządzeń, do których można zaliczyć monitory, rejestratory, krosownice czy pulpity sterownicze. Poszczególne punkty kamerowe znajdujące się wewnątrz budynku wymagają także dodatkowego zabezpieczenia, gdy długość tras kablowych od strefy LPZ 2 jest większa niż kilkanaście metrów, ze względu na możliwość występowania przepięć indukowanych. Kamery umieszczane na zewnętrznej konstrukcji budynku i słupach także wymagają zabezpieczenia. W przypadku, gdy kamera jest umieszczana na ścianie budynku, wszelkie linie zasilające i sygnałowe powinny być wprowadzone do wnętrza jak najkrótszą drogą. Linie z kamer znajdujących się w terenie zaleca się wprowadzać do budynku i zabezpieczać w jednym punkcie (granica LPZ 0/1). Koncepcja strefowej ochrony systemu CCTV przed przepięciami została przedstawiona na rysunku 3.

rys4

Rys. 4. Przykład stosowania ograniczników różnego typu w sieci zasilającej typu TN-C-S

 

Ochrona przeciwprzepięciowa linii zasilającej

Ograniczniki przepięć stosowane w liniach zasilających powinny spełniać wymagania zawarte w PN-EN 61643-11 [5], gdzie opisano metody badań takich układów. Zdefiniowano trzy typy ograniczników opisane w tabeli 1.

Ochrona od strony zasilania energetycznego powinna być zapewniona już w rozdzielnicy głównej na wejściu linii zasilającej do budynku (granica stref LPZ 0A/1). Należy stosować tam ograniczniki typu 1. Obecnie tylko renomowani producenci oferują iskiernikowe ograniczniki przepięć wykonywane w technologii bezwydmuchowej, zdolne do odprowadzenia prądu piorunowego o wartości szczytowej nawet do 100 kA impulsu 10/350 µs. Ograniczniki typu 1 zapewniają zazwyczaj poziom ochrony poniżej 4 kV lub 2,5 kV, dlatego niezbędne jest zapewnienie drugiego stopnia ochrony przez zastosowanie ograniczników typu 2 w rozdzielnicy lokalnej zasilającej centrum nadzoru wizyjnego (granica stref LPZ 1/2). Ograniczniki przepięć w rozdzielnicy lokalnej powinny sprawić, że wartość szczytowa udarów będzie niższa od maksymalnych wartości napięć wytrzymywanych przez znajdujące się tam urządzenia.

rys5

Rys. 5. Układ ogranicznika Leutron typu CT-T1+2/3+1-350-FM (ogranicznik typu 1 + 2) do zabezpieczenia rozdzielni głównej

 

Dopuszcza się także stosowanie ograniczników kombinowanych typu 1 + 2, zdolnych do odprowadzenia prądu piorunowego i ograniczających napięcia do niższych poziomów (rys. 5).

Jeżeli długość linii zasilającej pomiędzy urządzeniem znajdującym się w centrum nadzoru a rozdzielnicą lokalną lub pomiędzy punktem kamerowym a przyłączem energetycznym jest większa niż kilkanaście metrów, to bezpośrednio przy urządzeniu końcowym należy zastosować ograniczniki przepięć typu 3 w celu ochrony przed przepięciami indukowanymi. Ograniczniki przepięć należy dobierać odpowiednio do znamionowego napięcia zasilania kamer – najczęściej jest to napięcie przemienne 230 V lub 24 V, lub napięcie stałe 12 V. Jeżeli napięcie zasilające jest niższe niż 230 V często, bezpośrednio przy kamerach, stosowane są przetwornice. W takim przypadku ochrona przed przepięciami powinna być zastosowana na wejściu do przetwornicy.

Ochrona przeciwprzepięciowa torów sygnałowych

Ograniczniki przepięć stosowane do ochrony linii sygnałowych powinny spełniać wymagania normy PN-EN 61643-21. W kartach katalogowych można spotkać się z oznaczeniami kategorii C1, C2, C3, D1 lub D2.

Kategorie te definiują poziomy udarów, na jakie narażony jest dany typ ogranicznika podczas badań, a tym samym określają jego odporność udarową. Obecnie większość układów ograniczających przepięcia należy do kategorii C1/C2/C3. Ograniczniki kategorii D1 charakteryzują się wyższym poziomem odporności i nawet są w stanie odprowadzić część prądu pioruna. Poszczególne kategorie scharakteryzowano w tabeli 2.

tab2

Tab. 2. Parametry udarów prądowych i napięciowych stosowanych w badaniach ograniczników przepięć dla linii sygnałowych

 

W systemach CCTV do transmisji sygnału wizji oraz sygnałów służących do sterowania kamerami wykorzystywane są najczęściej popularne złącza, takie jak BNC, RJ45, RS485 czy RS422. Ograniczniki przepięć powinny być dobierane z uwzględnieniem napięć znamionowych i zakresów częstotliwości sygnałów stosowanych w danym systemie. Napięciowy poziom ochrony ogranicznika powinien być mniejszy niż maksymalne napięcie wytrzymywane przez chronione urządzenie. Przykłady ograniczników przepięć dla linii sygnałowych przedstawiono na rysunku 6.

Obecnie dostępnych jest wiele rozwiązań przeznaczonych do ochrony systemów CCTV przed przepięciami. Na rysunku 7a przedstawiono układ do ochrony maksymalnie dziewięciu koncentrycznych torów wizyjnych umożliwiający skuteczne zabezpieczenie multipleksera lub rejestratorów w centrum nadzoru wizyjnego. Z kolei rysunek 7b przedstawia układ do kompleksowego zabezpieczenia punktu kamerowego umieszczonego w jednej obudowie, chroniącego przed przepięciami tor wizyjny, tor sterujący oraz obwód zasilania kamery. Takie rozwiązanie może być stosowane bezpośrednio przy kamerze umieszczonej na ścianie na zewnątrz budynku lub na słupie kamerowym.

rys6

Rys. 6. Przykłady ograniczników przepięć linii sygnałowych różnych standardów: a) linia koncentryczna; b) sieć LAN; c) para żył

 

rys7

Rys. 7. Dedykowane układy do ochrony systemów CCTV: a) ochrona torów sygnałowych centrum dozoru wizyjnego; b) złącze do ochrony punktu kamerowego przed przepięciami


Podsumowanie

Ochrona odgromowa i przed przepięciami, która jest zgodna z obowiązującymi normami, pozwala uniknąć strat materialnych oraz zwiększa niezawodność systemów nadzoru wizyjnego CCTV. Należy zwracać szczególną uwagę na rozmieszczenie punktów kamerowych i prowadzenie tras kablowych w odpowiedniej odległości od przewodów LPS. Układy ograniczników przepięć powinny być stosowane nie tylko do ochrony poszczególnych punktów kamerowych, ale także do zabezpieczenia centrum nadzoru wizyjnego.

Opracowanie: dr inż. Tomasz Maksimowicz
RST sp. j., ul. Myśliwska 2, 15-569 Białystok
e-mail: rst@rst.pl, www.rst.pl

Zabezpieczenia 4/2012

Bibliografia

  1. PN-EN 62305-1 Ochrona odgromowa – Część 1: Zasady ogólne.
  2. PN-EN 62305-3 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia.
  3. PN-EN 62305-4 Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach.
  4. PN-EN 50130-4 Systemy alarmowe – Część 4: Kompatybilność elektromagnetyczna – Norma dla grupy wyrobów: Wymagania dotyczące odporności urządzeń systemów sygnalizacji pożarowej, sygnalizacji włamania, sygnalizacji napadu, CCTV, kontroli dostępu i osobistych.
  5. PN-EN 61643-11 Niskonapięciowe urządzenia do ograniczania przepięć – Część 11: Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia – Wymagania i próby.
  6. PN-EN 61643-21 Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia – Część 21: Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych – Wymagania eksploatacyjne i metody badań.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony