Основные причины выходы из строя оборудования видеонаблюдения

Выход из строя оборудования систем видеонаблюдения достаточно распространенное явление, доставляющее «головную боль» как эксплуатационным, так и монтажным организациям. В данной статье мы не будем рассматривать случаи отказов, связанные с проблемами изготовителей видеооборудования (низкое качество и надежность аппаратуры, отсутствие входного контроля элементов, тренинга аппаратуры, прогона и т. д.), а так же с неправильной эксплуатацией систем видеонаблюдения (ошибки монтажа, несоблюдение температурных режимов, превышение допустимой влажности воздуха, несоблюдение требований эксплуатационной документации), поскольку такие отказы носят единичный, случайный характер и укладываются в допустимый процент техотхода. Другое дело, если смонтированное оборудование достаточно долгое время нормально функционировало, условия эксплуатации соблюдались, но в какое-то время неожиданно произошел массовый выход из строя аппаратуры на объекте. В ряде случаев одна и та же аппаратура годами исправно работает при одних условиях эксплуатации (например, в жилых помещениях) и регулярно выходит из строя в других условиях (на промышленных объектах). В данной статье под промышленным объектом следует понимать любой объект кроме жилого дома. Помехи, приводящие к искажению видеоизображения – это отдельная тема для разговора. Что явилось причиной массового отказа, почему это произошло и как предотвратить подобные случаи? На эти вопросы мы и попытаемся ответить.

Классифицируем помехи, приводящие к выходу из строя видеооборудование : Радиопомехи; Коммутационные импульсные помехи; Перенапряжения и провалы напряжения в сети питания; Помехи от разрядов молнии; Помехи от «блуждающих токов заземления».

Отдельно остановимся на каждом типе помех, приводящим к выходу из строя видеооборудования и определим основные источники помех.

Радиопомехи. Под данным типом будем понимать высокочастотные помехи. ВЧ - помехи представляют собой электромагнитное воздействие на линию связи от мощных близкорасположенных радио - и телепередатчиков, радаров и другого излучающего оборудования. Помехи проявляются в виде частых волн колебаний искажающих видеоизображение. Выход из строя аппаратуры наблюдается только в случае крайне близкого (десятки метров) расположения линии передачи видеосигнала или телеметрии от передающей антенны. По цепям передачи электропитания ВЧ – помеха какого – либо воздействия приводящего к повреждению аппаратуры не оказывает.

Коммутационные импульсные помехи. Основным источником возникновения коммутационных импульсных помех являются переходные процессы при следующих операциях в электросети:

Включение и отключение потребителей электроэнергии (электродвигатели, лампы накаливания и дневного света, компьютеры и др. аппаратура); Включение и отключение цепей с большой индуктивностью (трансформаторы, пускатели и т. д.); Аварийные короткие замыкания в сети низкого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами; Аварийные короткие замыкания в сети высокого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами; Включение и отключение электросварочных установок; Источником импульсных помех является городской электрифицированный транспорт, включая метро, а также электрифицированные железные дороги.

Данный тип помех, как правило, представляет собой одиночные импульсы с амплитудой до нескольких киловольт. В соответствии с [1] считается нормой наличие в сети 220 В импульсов коммутационных помех амплитудой до 4,5 кВ длительностью до 5 мс. Реально частота возникновения одиночных импульсных помех амплитудой до 300 В составляет в среднем для промышленных предприятий 20 помех в час, для жилых домов 0,5 помех в час. Наиболее опасные помехи амплитудой от 1 до 10 кВ составляют до 0,1% от общего числа импульсных помех. Таким образом, в офисе расположенном на территории промышленного предприятия, электронное оборудование подвергается воздействию мощной помехи 3 раза в неделю, а в жилом доме до 4 раз в год.

Кроме одиночных импульсных помех по цепям питания возникают периодические импульсные помехи, связанные с работой люминесцентных ламп, преобразователей блоков питания и т. д. Данный тип помех [2,3] достигает амплитуды до 1 кВ, отличается более широким спектром и приводит как к сбоям, так и к повреждению аппаратуры. Коммутационные импульсные помехи различной длительности по цепям питания 220 В видеооборудования при нормальных условиях эксплуатации способны вывести его из строя только в том случае, если амплитуда помех превышает 1 кВ. Вероятность повреждения аппаратуры по цепям питания многократно возрастает в условиях повышенной влажности или в условиях повышенной запыленности, что характерно для промышленных объектов. Повреждения блоков питания видеооборудования являются следствием воздействия импульсных помех по электросети. Причем следует отметить, что значительно чаще повреждаются импульсные блоки питания и реже – линейные.

Перенапряжения и провалы напряжения в сети питания. Причины возникновения перенапряжений в сетях питания обусловлены, прежде всего, низким качеством электросетей и невысокой культурой энергопотребления. Поэтому подчеркнем лишь наиболее типичные проблемы электроснабжения.

Максимумы напряжения питающей сети, как правило, связаны с минимальной нагрузкой энергосистемы и наблюдаются в ночное время. Наибольшие колебания напряжения в электросети приходятся на начало и конец рабочего дня. Реально на промышленных объектах возможны периодические (день – ночь) колебания электросети 220 В от 160 В до 260 В с кратковременными повышениями до 300 В.

Перенапряжения в электросети выводят из строя стандартные простые схемы защиты от импульсных помех (варисторы и т. д.), импульсные блоки питания. Отдельно можно выделить две распространенные монтажные ошибки, приводящие к перенапряжениям:

Перекос фаз сети электропитания из-за перегрузки одной фазы потребителями электроэнергии; Перегрузка нейтрали электросети из-за меньшего сечения проводника у нейтрали, чем у фазы.

Помехи от разрядов молнии. Разряды молнии индуцируют на линиях связи и линиях подачи электропитания высоковольтные импульсы напряжения. Разряд молнии характеризуется громадной разницей потенциалов до 108 В, токами до106 А поэтому, при прямом или близком (десятки метров) разряде молнии речь может идти только о выходе электронного оборудования из строя, а не о помехах. Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, предназначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронного оборудования и линий связи [4, 5]. Типичной ошибкой при монтаже видеооборудования “в полевых условиях” является установка видеокамеры на опоре молниеотвода или рядом с ним. В таком случае при прямом попадании молнии в молниеотвод все видеооборудование и линия связи будут полностью выведены из строя и не ремонтопригодны. О защите от разряда молнии можно говорить только в том случае, если расстояние от места разряда до линии связи видеооборудования составляет хотя бы сотни метров.

Для центральных регионов России интенсивность воздействия грозы составляет приблизительно 50 часов в год, при этом молния воздействует в среднем 2 раза в год на 1 км2 местности. Для северных регионов России молния воздействует на 1 км2 местности 1 раз в год, для южных – до 5 раз в год. Поэтому, для средней полосы, на линиях связи или линиях электропитания следует ожидать опасные помехи в виде импульсов напряжения 10 кВ один раз в год и до 50 раз в год – импульсы около 1 кВ. Для южных районов с повышенной грозовой активностью частота появления опасных напряжений соответственно увеличивается в 5 раз.

Рассмотрим подробнее механизм воздействия высоковольтных импульсных помех на линии связи. Внешние электромагнитные импульсы приводят к образованию на протяженной линии связи разницы потенциалов. Значение разницы потенциалов зависит от напряженности внешнего электромагнитного поля, скорости его изменения, протяженности линии связи и может достигать, при определенных неблагоприятных условиях, десятков киловольт. Помеха на линии связи образуется относительно земли (синфазная помеха). Однако помеха может возникнуть и дифференциально на входах и выходах видеооборудования. Эта ситуация возникает в случае несимметричной линии связи (например: коаксиальный кабель).

На рис. 1 показаны пути протекания токов помехи при использовании в качестве лини связи неэкранированного кабеля. На рис. 2 показаны пути протекания токов помехи при использовании в качестве лини связи экранированного кабеля. Из рисунков видно, что в случае неэкранированного кабеля ЭДС помехи образуется на сигнальном проводнике и ток помехи протекающий по нему замыкается на землю через приемное видеооборудование, создавая на его входных цепях опасное напряжение. В случае экранированных сигнальных цепей ЭДС помехи образуется на защитном экране, ток помехи протекает по экрану и не создает в сигнальных цепях приборов видеонаблюдения опасных напряжений. В центральном проводе возникает ЭДС помехи за счёт емкостной связи С пар. между экраном и проводом. Экранирование с обязательным заземлением ослабляет помеху в среднем в 100 раз. При воздействии атмосферных разрядов (при ударе молнии в землю на расстоянии 1000 м от линии связи) на линию связи может наводиться опасное напряжение амплитудой свыше 10 кВ. В данном случае экранирование ослабит помеху до 100 В, что может привести аппаратуру к выходу из строя.

Рис. 1