Анализ построения систем электроснабжения ТСО

Анализ нормативно - правовой базы, связанной с техническими средствами охраны (ТСО) показал, что регламентирующих документов по построению для них систем электропитания не существует.
Технические средства охраны могут содержать в своем составе различные средства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации, системы контроля и управления доступом (СКУД) и т.д. Их электроснабжение регламентируется документами МВД России, где они относятся к электроприемникам 1 категории [2]. В таком случае ТСО должны быть обеспечены двумя источниками электрической энергии: основным и резервным. Это предусмотрено при организации системы электроснабжения на объекте телекоммуникаций (ОТ). Однако при использовании ТСО на ОТ силовых ведомств необходимо учитывать наличие аварийного источника электрической энергии для электропотребителей особой группы электроприемников 1 категории эксплуатации. Таким образом, минимальными требованиями для ТСО достаточным является наличие основного и резервного источника электропитания, а при обеспечении безаварийного режима работы – наличие устройств бесперебойного электропитания [1]. 

В общем случае при обеспечении резервирования электропитания на ОТ устройства ТСО могут обеспечиваться одним основным и одним резервным (аварийным) источником электрической энергии, как правило, аккумуляторной батареей (АКБ) либо источником бесперебойного питания (ИБП), в составе которого имеется АКБ, работающая в буферном режиме. Отдельные сигнальные устройства ТСО (беспроводные видеокамеры, датчики движения, периметровые датчики и т.д.), в случае их удаленного размещения, могут обеспечиваться только АКБ большой емкости с учетом длительной эксплуатации, например, 2-3 суток в случае проведения мероприятий различного назначения. В таком случае используются цифровые сигнальные устройства ТСО с разными режимами работы (пассивный, активный, энергосберегающий и т.д.). Так же следует предусматривать организационные меры по защите источников питания, как от человеческого фактора, так и от погодных условий. Наиболее распространенным методом защиты является размещение данных источников питания в защитных шкафах. В общем виде система электроснабжения устройств ТСО представлена на рис 1.

Рисунок 1. Система электроснабжения устройств ТСО

В идеальном случае ТСО должны иметь встроенную АКБ или иметь возможность подключения внешней [3]. Электропитание систем ТСО размещенных в помещениях должно осуществляться номинальным напряжением 12 В, а для ТСО размещенных вне помещений – 24 В [3].

Цифровые сигнальные устройства ТСО и видеокамеры обычно потребляют небольшую мощность, которая не превышает несколько десятков ватт. Поэтому нет необходимости прокладывать мощные кабельные линии. Рассмотрим варианты электропитания цифровых сигнальных устройств ТСО на примере IP-видеокамер. Существует несколько вариантов для организации электропитания цифровых IP-видеокамер: использование технологии PoE, использование отдельных источников энергии для каждой IP-видеокамеры, использование аккумулятора или АКБ.

Технология PoE является наиболее перспективным методом доставки энергии для цифровых IP-видеокамер. Передача информации и электропитание осуществляется по одному и тому же Ethernet кабелю «витая пара», используя разные пары проводников (рис. 2). Для передачи электропитания по кабелю "витая пара" на удалённые устройства, не поддерживающие технологию PoE, используются специальные инжекторы.

Рисунок 2. Схема использования технологии PoE.

В настоящее время все большее внимание уделяется быстроразвертываемым системам ТСО. С технической точки зрения такие системы не являются чем-то новым, однако их можно выделить в отдельный вид ТСО, так как у них появляются новые условия монтажа (демонтажа), эксплуатации, электропитания и, даже назначения. Назначение быстроразвертываемой ТСО определяется их задачами, например, обеспечение всестороннего и комплексного подхода к достижению безопасности ОТ в условиях возможного непрерывного и активного воздействия нарушителей и злоумышленников. Не последнюю роль играют условия и место размещения, длительность монтажа (демонтажа), время обще автономной эксплуатации и электропитание на ОТ, а также масса-габаритные показатели устройств ТСО и их источников электропитания.

С учетом размещения на ОТ устройства быстроразвертываемых ТСО могут быть разделены на две подгруппы (рис. 3.). В этом случае построение системы электропитания строится по-разному.

Рисунок 3. Классификация устройств ТСО относительно места их размещения.

Электропитание первой подгруппы может быть обеспечено классическим способом, т.е. двумя источниками: основным и резервным. Для обеспечения электропитания устройств второй подгруппы разрешается использование одного резервного либо автономного источника электрической энергии. Наиболее рациональным вариантом является использование АКБ, для обеспечения высокой мобильности и компактности ТСО, а также быстрое развертывание и сворачивание системы. Вопросы электроснабжения в таких случаях решаются в соответствии с требованиями пожарной охраны в каждом конкретном случае, что отражается в проектной документации или акте обследования [1].

На рис. 4 представлена схема электропитания быстроразвертываемой системы ТСО, на примере IP-видеокамер, с учетом разного номинала их напряжения от различных автономных и основных источников электроснабжения.

Рисунок 4. Схема электропитания устройств быстроразвертываемой ТСО

на примере IP-видеокамер

В данной схеме электропитания могут быть применены различные аккумуляторы от различных видов широко используемой аппаратуры или оборудования (систем охранно-пожарной сигнализации, радиостанций) и (или) бытовые аккумуляторы, например, Power Bank. Необходимый номинал может быть получен при использовании преобразователей (конверторов) напряжения и выпрямительных устройств (при использовании основного источника электропитания с номиналом 220В переменного тока).  Важнейшим фактором при этом является выбор типа аккумуляторов, в том числе и входящие в состав АКБ. От качественного выбора аккумуляторов зависит возможность длительного и качественного электропитания устройств быстроразвертываемых ТСО, а значит и безопасность на ОТ.

Существует широкий спектр аккумуляторных батарей, каждая из которых обладает своими уникальными свойствами в зависимости от используемых электродов и электролита.

Таблица 1

Анализ различных видов АКБ

Таблица 2

Анализ АКБ подходящих требованиям к эксплуатации в ТСО

Ниже приведена таблица сравнения качественных показателей литий-ионных аккумуляторов, созданных с использованием различных технологий (табл. 2).

Таблица 3

Анализ разновидностей литиевых АКБ

Таким образом, для электропитания быстроразвёртываемых систем ТСО целесообразно использовать литий-ионные аккумуляторные батареи на основе феррофосфата лития (LiFePO₄) (табл. 3). Для расчета емкости АКБ предназначенных для работы в циклическом режиме, учитывающего условия ее эксплуатации и режимы работы, предлагается использовать формулу (1).

(1) где:

• I_ном– номинальный выходной ток АКБ, А
• T_раб– время работы АКБ в резервном режиме, ч
• k_темп– поправочный коэффициент, учитывающий температуру окружающего воздуха
• k_степ – поправочный коэффициент, учитывающий глубину разряда АКБ в циклическом режиме работ

Для камер на 12В: С_расч  = (7Вт / 12В) * 48ч * 1 * 3,33 = 93,24 Ач

Для камер на 24В: С_расч  = (16Вт /24В) * 48ч * 1 * 3,33 = 106,56 Ач

1. Правила устройства электроустановок (утверждены Приказом Минэнерго России От 08.07.2002 № 204)
2. РД 78.145-93. Пособие к руководящему документу "Системы и комплексы охранной, пожарной и охраннопожарной сигнализации. Правила производства и приемки работ" (утв. ГУВО МВД РФ 22.12.1993)
3. Методические рекомендации Р 078-2019 "Инженерно-техническая укрепленность и оснащение техническими средствами охраны объектов и мест проживания и хранения имущества граждан, принимаемых под централизованную охрану подразделениями вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации" (утв. Федеральной службой войск национальной гвардии РФ 4 апреля 2019 г.)
4. https://ds-hikvision.ru/
5. https://www.secuteck.ru/articles/osobennosti-primeneniya-svincovo-kislotnyh-akkumulyatornyh-batarej-dlya-rezervirovaniya-ehlektropitaniya-tekhnicheskih-sredstv-ohrany
6. https://os-info.ru/istochniki-pitania/pravila-i-usloviya-ekspluatacii-akb-dlya-sistem-bezopasnosti.html
7. https://www.ax-russia.ru/