Как рассчитать ИБП и батарею для системы видеонаблюдения
Ричард Ван 21 мая 2022 г.
1. Типичный сценарий использования камеры видеонаблюдения
Клиенты Edgeware часто спрашивают: Как рассчитать источник питания и батарею для системы видеонаблюдения? Что касается этого распространенного вопроса, эта статья ответит вам на этот вопрос. Конечно, если есть ошибки или неясные места, поправьте меня.
На изображении выше показан наш общий сценарий с камерой видеонаблюдения. То, с чем вы столкнетесь, может немного отличаться от этого сценария, это не имеет значения, вам просто нужно настроить его под свой. Чтобы выполнить задачу расчета ИБП и батареи, важно сначала выбрать активное и пассивное устройство во всей системе.
Под активным устройством понимают просто устройство, которому необходимо энергопотребление. Например, камера, коммутатор POE. Обратите внимание, что сама энергосистема имеет некоторую потерю мощности.
Под пассивным устройством мы понимаем устройство, не потребляющее электроэнергию. Например, волоконная панель.
Когда мы определили все активные устройства, сначала составьте следующую таблицу:
Таблица 1. Максимальная мощность активного устройства
Кол-во, шт) | Максимальная номинальная мощность устройства (Вт) | Максимальная общая номинальная мощность (Вт) | |
Bullet камера | 1 | ? | ? |
PTZ камера | 1 | ? | ? |
Переключатель POE | 1 | ? | ? |
ИБП собственного потребления | 1 | ? | ? |
Общая номинальная мощность | |||
2.Шаг-1. Узнайте максимальную мощность активного устройства.
2.1 Максимальная мощность камеры
Разные активные устройства имеют разную максимальную мощность, которую можно запросить в каталогах разных устройств.
Это параметр мощности типичной камеры. Мы видим, что этой камере требуется максимум 50 Вт при использовании Hi-POE и 10 Вт при использовании обогревателя.
По каталогам различных устройств мы можем найти параметры этой максимальной мощности.
2.2 Максимальная номинальная мощность коммутатора POE
Для коммутаторов POE обозначения параметров разных производителей различаются. Нам нужно обратить внимание на то, что максимальная потребляемая мощность самого коммутатора POE в режиме ожидания и в рабочем состоянии не включает часть, обеспечивающую POE. Поскольку POE сам питает камеру, потребляемая ими мощность была рассчитана в предыдущей главе.
Однако следует отметить, что разные производители по-разному указывают максимальную мощность коммутатора POE. На приведенном выше рисунке показана типичная ситуация, когда энергопотребление самого коммутатора PoE в режиме ожидания и при работе четко не обозначено. Но, основываясь на их личностях, мы можем предположить:
В режиме ожидания <5 Вт, при полной нагрузке <120 Вт
120 Вт означает, что система POE+ может обеспечить максимум 120 Вт. Для коммутатора такого уровня мы ориентировочно оцениваем максимальное энергопотребление примерно в 8 Вт в режиме ожидания и работы. Конечно, это в том случае, если этот номер четко не указан в каталоге. Но когда производители коммутаторов POE четко обозначены, лучше использовать их данные как можно больше.
2.3 Мощность собственного потребления энергосистемы
Обратите внимание, что ИБП не может быть на 100% эффективным в реальной работе. Особенно когда ИБП имеет преобразование AC-DC, DC-AC, происходит потеря эффективности. Большая часть потерянной энергии преобразуется в тепло. Эта часть представляет собой мощность, потребляемую самим ИБП. Этот параметр у разных ИБП сильно различается, надежные производители ИБП предоставят соответствующие параметры. Если предположить, что параметр эффективности, предоставленный производителем ИБП, равен 98 %, то потери мощности составят 2 %. Предполагая, что максимальная номинальная мощность ИБП составляет 500 Вт, мы можем просто считать:
Мощность собственного потребления энергосистемы = максимальная номинальная мощность ИБП * (КПД 1-ИБП)
Если максимальная номинальная мощность ИБП составляет 500 Вт, КПД ИБП = 98 %.
Мощность собственного потребления системы питания = 500 Вт*(1–98%) = 10 Вт
Обратите внимание, что этот расчет не является полностью научным, но наша задача — прояснить, как рассчитать ИБП и батарею для системы видеонаблюдения. Поэтому мы сделали много упрощений.
2.4. Заполните максимальную мощность активного устройства.
Основываясь на вышеуказанных методах, мы можем получить максимальную мощность камеры, коммутатора POE или других активных устройств. Здесь предполагается, что максимальная мощность каждого устройства в нашем сценарии следующая:
Максимальная мощность цилиндрической камеры = 15.4 Вт
Максимальная мощность PTZ-камеры = 30 Вт.
Переключатель PoE (самопотребление энергии) = 8 Вт
Самопотребление ИБП = 10 Вт
Тогда мы можем получить нашу таблицу:
Таблица 2. Максимальная мощность активного устройства (заполнено)
Кол-во, шт) | Максимальная номинальная мощность устройства (Вт) | Максимальная общая номинальная мощность (Вт) | |
Bullet камера | 1 | 15.4W | 15.4W |
PTZ камера | 1 | 30W | 30W |
Переключатель POE | 1 | 8W | 8W |
ИБП собственного потребления | 1 | 10W | 10W |
Общая номинальная мощность | 63.4W | ||
Тогда по расчету мы наконец получили максимальную потребляемую мощность всей системы 63.4Вт. Эти данные имеют решающее значение для нас, чтобы понять чкак рассчитать ИБП и батарею для системы видеонаблюдения
3.Шаг-2. Выберите ИБП, соответствующий вашему сценарию.
3.1 Емкость ИБП
Согласно расчету в предыдущей главе мы узнали, что максимальная потребляемая мощность системы составляет 63.4 Вт. Поскольку системы видеонаблюдения будут работать на открытом воздухе в течение многих лет, надежность и стабильность системы имеют важное значение. Тогда мощность ИБП нашей системы должна быть немного больше максимальной потребляемой мощности системы. Это эмпирическое значение варьируется от случая к случаю. Edgeware рекомендует нашим клиентам учитывать дополнительную мощность на 30 % и не позволять ИБП слишком часто работать в часы пик. С другой стороны, вам также следует учитывать мощность ИБП, доступную на рынке, чтобы принять комплексное решение.
Тогда, в соответствии с максимальной нагрузкой системы 63.4 Вт, мы рекомендуем использовать ИБП мощностью 100 Вт.
100 Вт-63.4 Вт = 36.6 Вт
Имеем резервную мощность 36.6Вт. Во-первых, мы можем гарантировать надежность системы. Во-вторых, если в будущем произойдет какое-либо расширение, у нас еще есть место.
3.1 Не игнорируйте зарядный ток батареи ИБП
Не игнорируйте зарядный ток ИБП, особенно если ваша система видеонаблюдения построена в некоторых местах, где электроснабжение нестабильно, зарядный ток соответственно больше, и аккумулятор можно полностью зарядить как можно быстрее. Таким образом, все подготовлено к тому, чтобы система работала в течение длительного времени при следующем отключении электросети. Только представьте: если зарядный ток вашей системы ИБП слишком низкий, то ваша батарея может быть почти разряжена после длительного отключения от сети, но вашей системе потребуется слишком много времени, чтобы полностью зарядить батарею. Следующий отключенный электропитание произойдет до того, как аккумулятор будет полностью заряжен. Это существенно влияет на доступность системы.
Что касается зарядного тока, мы опишем его в главе расчета емкости аккумулятора.
На данный момент мы решили часть расчета ИБП и аккумулятора для системы видеонаблюдения.
4. Шаг 3. Расчет емкости аккумулятора.
4.1 Принцип определения емкости аккумулятора: кВтч и Ач
Теперь переходим к последнему этапу расчета ИБП и аккумулятора для системы видеонаблюдения — расчет емкости аккумулятора. Прежде всего, нам нужно знать, что значением для обозначения электрической энергии является Втч (ватт-час) и кВтч (киловатт-час). кВтч — это обычная единица, которую вы платите за электроэнергию дома.
1000Втч=1кВтч
Но мы часто видим Ah на этикетке емкости аккумулятора, что немного сбивает с толку. Ах, значит, ампер-часы. Это означает, сколько ампер аккумулятор способен отдать за один час. Таким образом, 20 Ач означает 1 час при 20 А или 10 часов при 2 А.
Обратите внимание, что напряжение вводится при расчете заряда аккумулятора. Например, есть аккумулятор 12В100Ач, и его мощность рассчитывается так:
Напряжение аккумулятора * Ампер-часы аккумулятора = 12 В * 100 Ач = 1200 Втч = 1.2 кВтч
Итак, предположим, у нас есть аккумулятор 48В100Ач, его мощность рассчитывается следующим образом:
Напряжение аккумулятора*Ампер-часы аккумулятора =48В*100Ач=4800Втч=4.8кВтч
Вы можете обнаружить, что один и тот же аккумулятор емкостью 100 Ач, напряжение разное, мощность разная. Когда вы используете разные системы ИБП, в соответствии с различными конфигурациями напряжения батарей, требуемыми ИБП, напряжения конфигурируемых вами аккумуляторных блоков будут разными, но общая формула для расчета мощности соответствует:
Напряжение аккумулятора * Ампер-часы аккумулятора = Количество электричества аккумулятора
При настройке аккумуляторной батареи обратите внимание на настройку в соответствии с напряжением батареи, требуемым производителем.
4.2 Расчет конфигурации батареи
Следующее, наконец, позволяет понять, как рассчитать ИБП и батарею для системы видеонаблюдения. Последний шаг для понимания. Когда мы настраиваем батарею, нам сначала нужно уточнить ожидаемое время автономной работы системы. Время автономной работы системы в сценарии системы видеонаблюдения означает, сколько часов система может работать от батареи при отключении электропитания. Это значение должно быть установлено в соответствии с реальной ситуацией в сценарии. Установка слишком большого значения может привести к слишком большим капитальным затратам на батарею. Если параметр слишком мал, это может повлиять на доступность системы.
В общих регионах оно будет установлено на 1–4 часа. Особое внимание необходимо уделять особым областям. В нашем случае установим, например, 2 часа:
(1) Сначала рассчитайте мощность, необходимую для аккумулятора.
Согласно таблице 2 «Максимальная мощность активного устройства (заполненная)» мы пришли к выводу, что максимальная мощность системы составляет 63.4 Вт. Если нам нужно поддерживать работу с мощностью 63.4 Вт в течение 2 часов, нам потребуется следующая мощность:
Максимальная мощность системы (Вт) * Время (час) = 63.4 Вт * 2 часа = 126.8 Втч = 0.1268 кВтч
Обратите внимание, что во многих случаях нет необходимости рассчитывать по максимальной мощности, ее можно рассчитать по 60-70%, поскольку ни одно устройство не будет всегда работать на максимальной мощности. В этой статье для расчета и объяснения используется максимальная мощность системы.
(2) Рассчитайте ампер-часы, которые необходимо настроить с помощью батарей.
Как мы упоминали в разделе 3.1, ампер-часы связаны с напряжением. Нам необходимо уточнить напряжение ИБП. Предполагая, что напряжение батареи нашего ИБП составляет 12 В, мы можем рассчитать время работы батареи в ампер-часах следующим образом:
Необходимое количество электроэнергии/Напряжение батареи ИБП = 126.8 Втч/12 В = 10.57 Ач
(3) Обратите особое внимание на то, чтобы зарезервировать на 20 % больше емкости аккумулятора, чем требуется, чтобы избежать глубокого разряда.
Мы подсчитали, что потребуется аккумулятор 12В10.57Ач, но это не окончательное значение. Вообще, чтобы избежать глубокой разрядки аккумулятора и максимально продлить срок его службы, мы настроим на 20% больше емкости.
Необходимое количество ампер-часов*1.2=10.57Ач*1.2=12.684Ач
На данный момент мы пришли к выводу, что нам нужен аккумулятор 12 В 12.684 Ач.
4.3 Время зарядки аккумулятора
Здесь мы подсчитали, что ИБП необходимо 100 Вт, а аккумулятору 12 В 12.684 Ач. Но все же необходимо еще раз проверить, какой зарядный ток у ИБП. Если зарядный ток слишком мал, полная зарядка аккумулятора займет слишком много времени. В некоторых районах, где электроснабжение не очень стабильно, будет опасно.
Предположим, что у нашего текущего ИБП мощностью 100 Вт ток зарядки составляет 4 А, а поскольку напряжение зарядки составляет 12 В, то мощность зарядки можно получить следующим образом:
Ток заряда (А) * Напряжение заряда (В) = 48 Вт
Известно, что мы настраиваем аккумулятор 12В 12.684Ач, мощность аккумулятора равна:
12 В*12.684 Ач=152.208 Втч=0.152208 кВтч
Предположим, нам нужно узнать, сколько времени потребуется ИБП для полной зарядки аккумулятора. Время T(c)
T(c) = 152.208 Вт/48 Вт = 3.171 часа
T(c) необходимо оценивать в соответствии с реальной ситуацией в вашей стране.
5. Резюме
Кол-во, шт) | Максимальная номинальная мощность устройства (Вт) | Максимальная общая номинальная мощность (Вт) | |
Bullet камера | 1 | 15.4W | 15.4W |
PTZ камера | 1 | 30W | 30W |
Переключатель POE | 1 | 8W | 8W |
ИБП собственного потребления | 1 | 10W | 10W |
Общая номинальная мощность | 63.4W | ||
На данный момент, согласно нашему предполагаемому значению, общая мощность нагрузки составляет 63.4 Вт, и требуется ИБП мощностью 100 Вт. Предполагая, что напряжение аккумулятора ИБП составляет 12 В, нам понадобится аккумулятор емкостью 12 В, 12.684 Ач. В это время мы можем выбирать продукцию, близкую к нашим расчетам и доступную на рынке в соответствии с заданными нами значениями.
Обратите внимание, что приведенные выше методы расчета предназначены только для упрощенных расчетов инженерных приложений и надеемся помочь вам решить проблемы, часто возникающие в повседневных инженерных приложениях:
Как рассчитать ИБП и аккумулятор для системы видеонаблюдения?