La alimentación en cctv y otros sistemas electronicos by sergiobl

Distribuci贸n de energ铆a en CCTV y otros sistemas electr贸nicos (Como alimentar las c谩maras en CCTV) Ing. Sergio Bellechasse Lissabet

Dedicatoria.

A mis padres

Quienes me mostraron el camino y con su sacrificio escabroso.

contribuyeron hacerlo menos

A mis hijos

Para que mi ejemplo sirva como fuente de inspiraci贸n.

Tabla de contenido

Prólogo del autor........................................................................................................................... 8 Introducción................................................................................................................................. 10 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 1

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 2

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 3

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 4

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 la potencia 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 5

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

Prólogo del autor.

En mi primer libro “Aprenda a instalar cámaras de CCTV” centré mi atención en brindar un manual que sirviera de guía para instaladores de sistemas de video Vigilancia y para no profesionales, que introdujera los conceptos básicos y proporcionara los elementos necesarios para instalar y configurar sistemas de CCTV analógicos comerciales (kits de CCTV), con la idea de posteriormente presentar una nueva obra mucho más amplia. Mientras me encontraba escribiendo mi segundo libro sobre CCTV analógicos y digitales, al tratar temas relacionados con la alimentación se me ocurrió la idea de escribir un libro exclusivo dedicado a la distribución de energía y alimentación en los sistemas de CCTV y ampliarlo a otros sistemas electrónicos y de comunicaciones, de manera que sirviera como base tanto para diseñadores, instaladores e integradores de sistemas. La tendencia a la convergencia de los sistemas de CCTV, Seguridad, Control, computación y comunicaciones, ha posibilitado coexistir e integrar diferentes tecnologías sobre una plataforma común. Es el primer y

único libro que aborda de forma exclusiva las diferentes formas de

distribución de energía para garantizar la alimentación en las diferentes tecnologías empleadas en CCTV y otros sistemas electrónicos y de comunicaciones. Se abordan las técnicas de distribución de señales de video a través de cable coaxial, UTP y líneas eléctricas como medio de transmisión, con el objeto de entender los principios básicos para las formas de distribución de energía disponibles hoy en día para proporcionar alimentación a diferentes tecnologías y sistemas electrónicos en el mercado, tales como sistemas de CCTV analógicos, digitales e IP, equipos de comunicaciones, control automático, etc. Se incluyen métodos y escenarios típicos para alimentación con DC y AC, PoE, PoC, PLC, energía solar, energía eólica y sistemas de respaldo. No debe faltar en la biblioteca de todo diseñador, instalador e integrador de sistemas.

Introducción.

El desarrollo de la tecnología en nuestros tiempos, ha propiciado un incremento en los niveles de miniaturización y un descenso significativo en el coste de muchos equipos electrónicos, posibilitando la incorporación y difusión masiva de la electrónica en casi todas las áreas del quehacer humano, ya sea como parte esencial o complementaria de algún proceso o actividad, de forma independiente o en interacción con otros sistemas mediante el intercambio de información a través de plataformas de comunicaciones existentes o de una nueva implementación para dicho propósito. Sin embargo, el costo de las infraestructuras de comunicaciones entre otras causas ha contribuido a la convergencia tecnológica de muchos sistemas para el aprovechamiento de las facilidades existentes. Es frecuente encontrar sistemas disímiles en configuraciones distribuidas compartiendo en uso común dichas infraestructuras para el intercambio de datos, transmisión de señales e incluso proporcionar alimentación remota a fin de incrementar la confiabilidad mediante la implementación de esquemas de redundancia y respaldo energético. El estado del arte de las diferentes tecnologías para los sistemas electrónicos y el abaratamiento de las fuentes de energías alternativas, ha posibilitado el despliegue de sistemas de comunicaciones, video vigilancia, procesamiento, control, telemetría y otros, en ubicaciones remotas donde no se dispone de un suministro energético a través de las redes de distribución eléctrica y en los que se requiere el trabajo continuado de algún sistema, por 24 horas diarias durante los 365 días del año. Por otra parte, muchos sistemas con procesamiento en tiempo real exigen un trabajo ininterrumpido, aún ante la ocurrencia de adversidades, fallas u otras eventualidades, por lo que las fuentes de alimentación y el esquema de distribución y respaldo de energía, juegan un papel preponderante en la confiabilidad, calidad y disponibilidad de tales sistemas. Puede asegurarse, que la mayoría de las fallas que se presentan en los equipos y sistemas electrónicos, se originan de problemas en la alimentación y el esquema de distribución de energía, de ahí su importancia para todo diseñador, instalador e integrador de sistemas como un criterio esencial de consideración. Un buen diseño de un sistema electrónico debe contemplar consideraciones de eficiencia en la alimentación a fin de garantizar un mejor

rendimiento, que contribuya a reducir los costos de operación, incrementar la vida útil de los equipos y garantizar una buena calidad de la información o señales que procesa. El presente libro pretende ser una guía que describe algunos de los esquemas utilizados para distribuir energía y alimentar dispositivos, sistemas electrónicos y de comunicaciones, así como para la implementación de redundancia y respaldo energético. Esperamos que esta obra pueda contribuir a ampliar el horizonte de tecnologías disponibles y aprovechables para optimizar recursos durante el diseño y despliegue de un sistema con dispositivos electrónicos.

El libro puede adquirirse a través de Lulu Press, Inc. en el siguiente enlace:

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También disponible en selfy.com y bubok.es, a través de los enlaces:

https://sellfy.com/p/qICy/

http://www.bubok.es/libros/239379/Distribucion-de-energia-en-CCTV-y-otrossistemas-electronicos