安防系統中攝像機供電方式選擇分析

林華，李向群

LIN Hua, LI Xiang-qun

（浙江大學建筑設計研究院有限公司）

（Architectural Design and Research Institute of Zhejiang University Co,Ltd.）

1　引言

目前正處在一個技術不斷發(fā)展的時代，建筑電氣行業(yè)從“弱電”系統到“智能化”系統，再到“智慧”系統，時代不斷在進步，技術不斷在發(fā)展。建筑安防系統的逐步完善，看到了實實在在的技術革新。尤其在短短的幾年時間里，視頻安防監(jiān)控系統就完成了從純模擬系統到半數字系統，再到全數字系統的完整轉變。在系統的整個轉變過程中也有幾乎不變的內容，那就是設備的供電。以往的模擬系統攝像機大部分采用AC24V供電，現在的網絡攝像機已發(fā)展到采用DC12V或AC24V供電，也有通過POE交換機48V供電（攝像機支持POE供電）的形式。

2　供電形式

目前的智能化系統設計中，攝像機的供電方式一般分為兩種形式：

1）就地供電：從UPS后配電箱引出的220V電源線引至攝像機安裝位置處，經攝像機端電源適配器后轉換成DC12V或AC24V供給攝像機。

2）集中供電：從UPS后配電箱引出的220V電源線引至對應區(qū)域的弱電間，在弱電間內設置開關電源（DC12V或AC24V），220V電源線經開關電源轉換為DC12V或AC24V再供給攝像機。攝像機二種供電方式的性能對比見表1。

表1　就地供電和集中供電對比

基于表1所示，從工程實際出發(fā)，一般建筑單體內部采用集中供電，室外、體育場的馬道區(qū)域等可以采用就地供電。

3　集中供電

對于集中供電而言，目前全數字視頻安防系統所采用的網絡攝像機一般有兩種供電方式。

3.1　POE供電

攝像機的數據與電源共用一根網絡線，經樓層弱電間內的POE交換機實現攝像機供電。POE供電傳輸電源的導線采用的是網絡線（4對8芯非屏蔽對絞線），其中兩對線用于傳輸數據，兩對線用于供電。根據POE供電內部結構又分為兩種信號線供電和空閑線供電。

①信號線供電

如圖1所示，用于傳輸數據的兩對線同時用作供電，利用信號線（1，2，3，6）同時傳遞數據信號和48V的電源。應用數據腳供電時，將直流電源加在傳輸變壓器的中點，線對1、2和線對3、6可以為任意極性。傳輸數據所用的芯線上同時傳輸直流電，其傳輸采用與以太網數據信號不同的頻率，不影響數據的傳輸。

②空閑線供電

如圖2所示，用于傳輸數據的兩對線與用作供電的兩對相互的獨立，應用空閑腳供電時4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。

3.2　POE供電流程

POE供電的流程總共分為5個階段，如圖3所示，分別為檢測，功率分級，上電，實時監(jiān)控管理以及斷電。

①檢測階段

供電設備檢測端口的電源輸出線對之間的電阻值和電容值判斷合法的受電設備是否存在。

②功率分級階段

圖1　信號線供電接線圖

圖2　空閑線供電接線圖

圖3　POE供電流程圖

供電設備通過檢測電源輸出電流來確定受電設備的功率等級，不同的功率等級對應不同的功率。

③上電階段

當檢測到端口下掛設備屬于合法受電設備，且確定了其功率等級后，開始按照對應功率對該設備進行供電。

④實時監(jiān)控管理階段

此階段，供電設備在進行供電的同時會實時檢測受電設備是否斷開，此時的輸出的標準電壓為DC48V。

⑤斷電階段

當檢測到受電設備斷開，供電設備將關閉端口輸出電壓，端口狀態(tài)返回到初始的監(jiān)測階段。

3.3　單獨電源線供電

攝像機的數據采用一根網絡線傳輸，其電源單獨采用一根兩芯線纜接至樓層弱電間內的開關電源。

3.4　POE供電和單獨電源線供電對比

如表2所示。

表2　POE供電和單獨電源線供電的性能對比

雖然單獨電源線供電比POE多用一根兩芯電源線，但是實際施工過程中，攝像機所用的網絡線和電源線同穿一根保護管，帶來工程量的增加是有限的。在實際應用中如24口普通交換機一般配置2～3只開關電源，其中1只開關電源故障，也能保證另外開關電源所對應的攝像機能正常工作。另外，工程中均會預留少量開關電源備用，普通的電氣維護人員也可及時更換開關電源，不需要專業(yè)人員對POE交換機進行監(jiān)測、更換。同時，有更好的安全保障，費用也相對較低。

3.5　供電距離

①攝像機供電電壓、電流

目前市面上幾大安防品牌，其普通槍式攝像機或半球攝像機的供電電壓要求：DC12V±20%，功耗：8W，以此來計算末端攝像機的電壓、電流。

②傳輸線纜

單獨供電方式采用兩芯線，分為ZR-RVV2x0.75和ZR-RVV2x1.0兩種形式，即線纜單芯的截面積分別為0.75mm2和1.0mm2；POE供電方式采用超五類網線（線規(guī)24AWG）和六類網線（線規(guī)23AWG）。

當弱電間處采用直流電給攝像機供電時須考慮傳輸線纜上的壓降。理想狀態(tài)下的等效電路如下圖4所示。

圖4　理想狀態(tài)等效電路

根據以上電路圖及相關參數可得，保證攝像機正常工作的最大電壓變化值△U應為：

即：線纜上所產生的最大壓降為2.4V。

另外根據電功率的計算公式P=U×I，可知攝像機端的輸入電流I，

由以上式（1）、式（2）及歐姆定律計算線纜的最大電阻Rmax：

③單獨電源線供電形式

銅質導線線纜采用截面積為0.75mm2=0.75×10-6m2，20℃時純銅導線電阻率ρ=1.75×10-8Ω·m，記單芯線纜的總長為L，由式（3）及電阻定律得：

由此可知，若采用0.75 mm2的電源線單獨給攝像機供電，線纜的距離L＜72m。

同理計算可得采用1.0 mm2的電源線單獨給攝像機供電，線纜的距離L＜96m。

④POE供電形式

攝像機采用POE形式供電時，根據國家標準，在滿足數據傳輸的同時，線路供電的理論傳輸距離可達100m。但是實際工程項目中所使用的線纜材質，施工人員的工藝水平等外部因素，使整條線路上電源的傳輸無法達到理論值，從眾多實際工程案例中總結的經驗是：采用1.0 mm2電源線單獨供電時，線路長度可達90m，采用網線POE形式供電時，線路長度不大于80m。所以在前期設計配合階段，樓層弱電間布置需著重考慮，平面上最遠處將設置攝像機的區(qū)域，其最遠距離盡量不要超過80m（含樓層的高度），有些最不利點位要適當調整攝像機的設置位置來滿足建筑平面的整體規(guī)劃。

3.6　投資對比

以某一個總建筑面積約5萬㎡的自用辦公大樓為例，根據其建筑平面布置，室內部分總共設置252只監(jiān)控攝像機（其中快球攝像機12），攝像機POE供電和單獨供電的工程設備費用如表3。

由表3可知，末端監(jiān)控攝像機的數量為252臺的監(jiān)控系統，采用POE供電方式比單獨電源線供電方式約多了5.5%的前期設備投資，后期的維護成本由各產品自身的質量、系統運行的可靠性、維護管理人員的業(yè)務水平等多方面決定。

4　結束語

根據以上分析可知，每種供電方式都有自身的優(yōu)缺點，不同的項目不同的業(yè)主注重的方面都不同，設計師需盡量的了解業(yè)主的關注點，而后根據其需求選擇適合的應用方案。對于項目設計師來說，在滿足業(yè)主功能需求的基礎上，我們應該更多的注重系統的穩(wěn)定性、可靠性、同時兼顧系統的整體投資，將設計做到更合理、更經濟、更人性，最終提高用戶體驗。

表3　工程設備費用表

[1]GB/T50314-2016《智能建筑設計標準》[S].

[2]YD/T1019-2013《數字通信用聚烯烴絕緣水平對絞電纜》[S].

[3]胡云.對以太網供電（PoE）技術的研究[J].智能建筑電氣技術:2011(6):40-43.