Jak obliczyć UPS i akumulator dla systemu CCTV

Richard Wang 21 maja 2022 r

1. Typowy scenariusz kamery CCTV

Edgeware jest często zadawane przez klientów: Jak obliczyć UPS i baterię dla systemu CCTV? Jeśli chodzi o to częste pytanie, w tym artykule znajdziesz odpowiedź na to pytanie. Oczywiście jeżeli są błędy lub miejsca niejasne proszę o poprawienie mnie.

Powyższe zdjęcie przedstawia nasz typowy scenariusz z kamerą CCTV. To, co napotkasz, może nieznacznie różnić się od tego scenariusza, nie ma to znaczenia, po prostu musisz dostosować to do swojego. Aby wykonać zadanie obliczenia mocy i baterii, ważne jest, aby najpierw wybrać urządzenie aktywne i urządzenie pasywne w całym systemie.

Urządzenie aktywne jest po prostu rozumiane jako urządzenie wymagające zużycia energii. Na przykład kamera, przełącznik POE. Należy pamiętać, że w samym systemie zasilania występują pewne straty mocy.

Urządzenie pasywne rozumiemy jako urządzenie, które nie zużywa energii. Takie jak panel światłowodowy.

Kiedy zidentyfikujemy wszystkie aktywne urządzenia, najpierw wypisz tabelę w następujący sposób:

Tabela 1 – Maksymalna moc aktywnego urządzenia

	Ilość (szt.)	Maksymalna moc znamionowa jednostki (W)	Maksymalna całkowita moc znamionowa (W)
Kula Aparat fotograficzny	1	?	?
PTZ Aparat fotograficzny	1	?	?
Przełącznik POE	1	?	?
Zużycie własne UPS	1	?	?
Całkowita moc znamionowa

2.Krok 1: Sprawdź maksymalną moc aktywnego urządzenia

2.1 Maksymalna moc kamery

Różne urządzenia aktywne mają różne moce maksymalne, które można sprawdzić w katalogach różnych urządzeń.

Jest to parametr mocy typowego aparatu. Widzimy, że ta kamera potrzebuje maksymalnie 50 W przy użyciu Hi-POE i 10 W przy użyciu grzejnika.

Przeglądając katalogi różnych urządzeń możemy znaleźć parametry tej maksymalnej mocy.

2.2 Przełącznik POE Maksymalna moc znamionowa

W przypadku przełączników POE oznaczenia parametrów różnych producentów są różne. Musimy zwrócić uwagę na to, że maksymalny pobór mocy samego przełącznika POE w stanie gotowości i pracy nie obejmuje części zapewniającej POE. Ponieważ POE sam zasila kamerę, więc pobór mocy został obliczony w poprzednim rozdziale.

Należy jednak zauważyć, że różni producenci w różny sposób zapisują maksymalną moc przełącznika POE. Powyższy rysunek przedstawia typową sytuację, w której pobór mocy w trybie czuwania i pracy samego przełącznika PoE nie jest wyraźnie oznaczony. Ale na podstawie ich tożsamości możemy spekulować:

Tryb gotowości <5 W, pełne obciążenie <120 W

120W oznacza, że system POE+ może dostarczyć maksymalnie 120W. W przypadku przełącznika tego poziomu w zasadzie szacujemy maksymalny pobór mocy na około 8 W w trybie gotowości i pracy. Dzieje się tak oczywiście w przypadku, gdy numer ten nie jest wyraźnie zaznaczony w katalogu. Ale gdy producenci przełączników POE są wyraźnie oznaczeni, lepiej wykorzystać ich dane w jak największym stopniu.

2.3 Zasilanie własne systemu elektroenergetycznego

Należy pamiętać, że UPS nie może być w 100% sprawny w rzeczywistej pracy. Zwłaszcza, gdy UPS ma konwersję AC-DC, DC-AC, następuje utrata wydajności. Większość utraconej mocy jest przekształcana w ciepło. Ta część to moc pobierana przez sam UPS. Ten parametr w przypadku różnych zasilaczy UPS jest zupełnie inny, niezawodni producenci zasilaczy UPS zapewnią odpowiednie parametry. Zakładając, że parametr sprawności podany przez producenta UPS wynosi 98%, strata mocy wynosi 2%. Zakładając, że maksymalna moc znamionowa UPS wynosi 500 W, możemy po prostu rozważyć:

Zasilanie własne systemu zasilania Moc = maksymalna moc znamionowa UPS *(wydajność 1 UPS)

Jeśli maksymalna moc znamionowa UPS wynosi 500 W, wydajność UPS = 98%

Zasilanie własne Pobór mocy = 500 W*(1-98%) = 10 W

Należy pamiętać, że te obliczenia nie są całkowicie naukowe, ale naszym zadaniem jest wyjaśnienie, jak obliczyć zasilacze i baterię dla systemu CCTV. Dokonaliśmy więc wielu uproszczeń.

2.4 Napełnij maksymalną moc aktywnego urządzenia

W oparciu o powyższe metody możemy uzyskać maksymalną moc kamery, Switcha POE czy innych urządzeń aktywnych. Zakłada się tutaj, że maksymalna moc każdego urządzenia w naszym scenariuszu jest następująca:

Maksymalna moc kamery typu Bullet = 15.4 W

Maksymalna moc kamery PTZ = 30 W

Przełącznik PoE (własny pobór mocy) = 8 W

Zużycie własne UPS = 10 W

Następnie możemy uzyskać nasz stół:

Tabela 2 – Maksymalna moc aktywnego urządzenia (napełniona)

	Ilość (szt.)	Maksymalna moc znamionowa jednostki (W)	Maksymalna całkowita moc znamionowa (W)
Kula Aparat fotograficzny	1	15.4W	15.4W
PTZ Aparat fotograficzny	1	30W	30W
Przełącznik POE	1	8W	8W
Zużycie własne UPS	1	10W	10W
Całkowita moc znamionowa			63.4W

Następnie zgodnie z obliczeniami ostatecznie otrzymaliśmy maksymalny pobór mocy całego systemu na poziomie 63.4W. Dane te są dla nas kluczowe, aby zrozumieć hTeraz należy obliczyć zasilacze i akumulator dla systemu CCTV

3.Krok-2 Wybierz UPS odpowiedni dla Twojego scenariusza

3.1 Pojemność UPS

Z obliczeń przedstawionych w poprzednim rozdziale dowiedzieliśmy się, że maksymalny pobór mocy układu wynosi 63.4W. Ponieważ systemy CCTV będą działać na zewnątrz przez wiele lat, ważna jest niezawodność i stabilność systemu. Wtedy moc UPS-a naszego systemu powinna być nieco większa niż maksymalny pobór prądu przez system. Ta wartość empiryczna różni się w zależności od przypadku. Edgeware zaleca, aby nasi klienci rozważyli zwiększenie mocy o 30% i nie pozwalali na zbyt częste działanie UPS w godzinach szczytu. Z drugiej strony, aby podjąć kompleksową decyzję, należy również wziąć pod uwagę moc UPS dostępną na rynku.

Następnie, zgodnie z naszym maksymalnym obciążeniem systemu wynoszącym 63.4 W, zalecamy użycie zasilacza UPS o mocy 100 W.

100 W-63.4 W = 36.6 W

Dysponujemy redundantną mocą 36.6W. Po pierwsze, możemy zagwarantować niezawodność systemu. Po drugie, jeśli w przyszłości nastąpi jakakolwiek ekspansja, nadal mamy miejsce.

3.1 Nie ignoruj prądu ładowania akumulatora UPS

Nie ignoruj prądu ładowania zasilacza UPS, zwłaszcza jeśli system CCTV jest zbudowany w obszarach, w których zasilanie sieciowe jest niestabilne, prąd ładowania jest odpowiednio większy, a akumulator może zostać w pełni naładowany tak szybko, jak to możliwe. Dzięki temu wszystko jest przygotowane tak, aby system mógł działać przez długi czas, gdy nastąpi kolejna przerwa w dostawie prądu z sieci. Wyobraź sobie, że jeśli prąd ładowania systemu UPS jest zbyt niski, bateria może być prawie wyczerpana po długim okresie braku zasilania sieciowego, ale pełne naładowanie baterii trwa zbyt długo. Następne wyłączenie zasilania z sieci nastąpi przed całkowitym naładowaniem baterii. Ma to ogromny wpływ na dostępność systemu.

Jeśli chodzi o prąd ładowania, opiszemy go w rozdziale dotyczącym obliczania pojemności akumulatora.

Do tej pory rozwiązaliśmy część UPS dotyczącą obliczeń UPS i baterii dla systemu CCTV.

4. Krok 3: Obliczanie pojemności baterii

4.1 Zasada pojemności akumulatora – Wh kWh i Ah

Przejdźmy teraz do ostatniego kroku obliczeń zasilaczy i baterii systemu CCTV – obliczenia pojemności baterii. Przede wszystkim musimy wiedzieć, że wartością wskazującą energię elektryczną są Wh (watogodzina) i kWh (kilowatogodzina). kWh to popularna jednostka, którą płacisz za rachunek za energię elektryczną w domu.

1000Wh=1kWh

Często jednak na etykiecie pojemności baterii widzimy Ah, co jest nieco mylące. Ah oznacza godziny amperów. Oznacza to, ile amperów akumulator jest w stanie dostarczyć w ciągu godziny. Zatem 20AH oznacza 1 godzinę przy 20A lub 10 godzin przy 2A.

Należy pamiętać, że napięcie jest wprowadzane podczas obliczania ładunku akumulatora. Przykładowo istnieje akumulator 12V100Ah, a jego moc oblicza się w następujący sposób:

Napięcie akumulatora* Amperogodziny akumulatora =12V*100Ah=1200Wh=1.2kWh

Załóżmy więc, że mamy akumulator 48V100AH, jego moc obliczamy w następujący sposób:

Napięcie akumulatora* Amperogodziny akumulatora =48V*100Ah=4800Wh=4.8kWh

Można zauważyć, że ta sama bateria ma 100AH, napięcie jest inne, moc jest inna. W przypadku korzystania z różnych systemów UPS, w zależności od różnych konfiguracji napięcia akumulatorów wymaganych przez UPS, napięcia konfigurowanych zestawów akumulatorów są różne, ale ogólny wzór na obliczenie mocy jest zgodny z:

Napięcie akumulatora* Amperogodziny akumulatora = Ilość energii elektrycznej akumulatora

Konfigurując pakiet akumulatorów należy zwrócić uwagę na konfigurację zgodnie z napięciem akumulatora wymaganym przez producenta.

4.2 Obliczanie konfiguracji baterii

W końcu zrozumieliśmy, jak obliczyć UPS i baterię dla systemu CCTV. Ostatni krok do zrozumienia. Konfigurując baterię, musimy najpierw wyjaśnić oczekiwany czas autonomii systemu. Czas autonomii systemu w scenariuszu systemu CCTV odnosi się do tego, ile godzin system może pracować na akumulatorze, gdy zasilanie sieciowe jest wyłączone. Wartość tę należy ustawić zgodnie z rzeczywistą sytuacją scenariusza. Ustawienie zbyt dużej wartości może spowodować zbyt duże nakłady inwestycyjne na akumulator. Jeśli ustawienie jest zbyt małe, może to mieć wpływ na dostępność systemu.

W obszarach ogólnych będzie ustawiony na 1–4 godziny. W przypadku specjalnych obszarów wymagane są szczególne względy. W naszym przypadku ustawmy na przykład na 2 godziny:

(1) Najpierw oblicz moc wymaganą przez akumulator

Zgodnie z tabelą 2 — maksymalna moc urządzenia aktywnego (wypełniona) stwierdziliśmy, że maksymalna moc systemu wynosi 63.4 W. Jeśli musimy utrzymać pracę 63.4 W przez 2 godzin, moc, której potrzebujemy, będzie następująca:

Maksymalna moc systemu (W) * Czas (godzina) = 63.4 W * 2 godzin = 126.8 Wh = 0.1268 kWh

Należy pamiętać, że w wielu przypadkach nie jest konieczne obliczanie mocy maksymalnej, można ją obliczyć w oparciu o 60-70%, ponieważ żadne urządzenie nie będzie zawsze działać z mocą maksymalną. W tym artykule do obliczenia i wyjaśnienia wykorzystano maksymalną moc systemu.

(2) Oblicz amperogodziny, które należy skonfigurować z akumulatorami

Jak wspomnieliśmy w sekcji 3.1, amperogodziny są powiązane z napięciem. Musimy wyjaśnić napięcie UPS. Zakładając, że napięcie akumulatora naszego UPS wynosi 12 V, możemy obliczyć amperogodziny akumulatora w następujący sposób:

Potrzebna ilość energii elektrycznej/napięcie akumulatora UPS = 126.8 Wh/12 V = 10.57 Ah

(3) Zwróć szczególną uwagę, aby zarezerwować o 20% większą pojemność akumulatora niż wymagana pojemność akumulatora, aby uniknąć głębokiego rozładowania

Obliczyliśmy, że wymagany jest akumulator 12V10.57AH, ale nie jest to wartość ostateczna. Generalnie, aby uniknąć głębokiego rozładowania akumulatora i maksymalnie wydłużyć jego żywotność, skonfigurujemy o 20% większą pojemność.

Wymagane amperogodziny*1.2=10.57 Ah*1.2=12.684 Ah

Na razie doszliśmy do wniosku, że potrzebujemy akumulatora 12V 12.684Ah.

4.3 Czas ładowania baterii

Tutaj obliczyliśmy, że UPS potrzebuje 100 W, a akumulator 12 V 12.684 Ah. Jednak nadal należy dokładnie sprawdzić, jaki jest prąd ładowania UPS. Jeśli prąd ładowania jest zbyt mały, pełne naładowanie akumulatora zajmie zbyt dużo czasu. W niektórych obszarach, gdzie moc sieciowa nie jest zbyt stabilna, może być niebezpiecznie.

Zakładając, że nasz obecny UPS 100W, jego prąd ładowania wynosi 4A, a ponieważ jego napięcie ładowania wynosi 12V, moc ładowania można uzyskać w następujący sposób:

Prąd ładowania (A) * Napięcie ładowania (V) = 48 W

Wiadomo, że konfigurujemy akumulator 12V 12.684Ah, moc akumulatora wynosi:

12V*12.684Ah=152.208Wh=0.152208kWh

Załóżmy zatem, że musimy wiedzieć, ile czasu potrzebuje UPS, aby w pełni naładować akumulator. Czas T(c)

T(c) = 152.208 Wh/48 W = 3.171 godzin

T(c) należy oceniać w oparciu o rzeczywistą sytuację w Twoim kraju.

5. Streszczenie

	Ilość (szt.)	Maksymalna moc znamionowa jednostki (W)	Maksymalna całkowita moc znamionowa (W)
Kula Aparat fotograficzny	1	15.4W	15.4W
PTZ Aparat fotograficzny	1	30W	30W
Przełącznik POE	1	8W	8W
Zużycie własne UPS	1	10W	10W
Całkowita moc znamionowa			63.4W

Póki co, według naszej przyjętej wartości, łączna moc obciążenia wynosi 63.4 W, a wymagany jest UPS o mocy 100 W. Zakładając, że napięcie akumulatora UPS wynosi 12 V, potrzebujemy akumulatora 12 V 12.684 Ah. W tym momencie możemy wybrać produkty zbliżone do naszych wyliczeń i dostępne na rynku według naszych ustalonych wartości.

Należy pamiętać, że powyższe metody obliczeń służą wyłącznie do uproszczonych obliczeń w zastosowaniach inżynierskich i mają nadzieję pomóc w rozwiązaniu problemów często spotykanych w codziennych zastosowaniach inżynierskich:

Jak obliczyć ups i baterię dla systemu CCTV?