林華，李向群

LIN Hua, LI Xiang-qun

（浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)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(gè)技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，建筑電氣行業(yè)從“弱電”系統(tǒng)到“智能化”系統(tǒng)，再到“智慧”系統(tǒng)，時(shí)代不斷在進(jìn)步，技術(shù)不斷在發(fā)展。建筑安防系統(tǒng)的逐步完善，看到了實(shí)實(shí)在在的技術(shù)革新。尤其在短短的幾年時(shí)間里，視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)就完成了從純模擬系統(tǒng)到半數(shù)字系統(tǒng)，再到全數(shù)字系統(tǒng)的完整轉(zhuǎn)變。在系統(tǒng)的整個(gè)轉(zhuǎn)變過程中也有幾乎不變的內(nèi)容，那就是設(shè)備的供電。以往的模擬系統(tǒng)攝像機(jī)大部分采用AC24V供電，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已發(fā)展到采用DC12V或AC24V供電，也有通過POE交換機(jī)48V供電（攝像機(jī)支持POE供電）的形式。

2　供電形式

目前的智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，攝像機(jī)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(jī)安裝位置處，經(jīng)攝像機(jī)端電源適配器后轉(zhuǎn)換成DC12V或AC24V供給攝像機(jī)。

2）集中供電：從UPS后配電箱引出的220V電源線引至對(duì)應(yīng)區(qū)域的弱電間，在弱電間內(nèi)設(shè)置開關(guān)電源（DC12V或AC24V），220V電源線經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為DC12V或AC24V再供給攝像機(jī)。攝像機(jī)二種供電方式的性能對(duì)比見表1。

表1　就地供電和集中供電對(duì)比

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

3　集中供電

對(duì)于集中供電而言，目前全數(shù)字視頻安防系統(tǒng)所采用的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般有兩種供電方式。

3.1　POE供電

攝像機(jī)的數(shù)據(jù)與電源共用一根網(wǎng)絡(luò)線，經(jīng)樓層弱電間內(nèi)的POE交換機(jī)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)供電。POE供電傳輸電源的導(dǎo)線采用的是網(wǎng)絡(luò)線（4對(duì)8芯非屏蔽對(duì)絞線），其中兩對(duì)線用于傳輸數(shù)據(jù)，兩對(duì)線用于供電。根據(jù)POE供電內(nèi)部結(jié)構(gòu)又分為兩種信號(hào)線供電和空閑線供電。

①信號(hào)線供電

如圖1所示，用于傳輸數(shù)據(jù)的兩對(duì)線同時(shí)用作供電，利用信號(hào)線（1，2，3，6）同時(shí)傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)和48V的電源。應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時(shí)，將直流電源加在傳輸變壓器的中點(diǎn)，線對(duì)1、2和線對(duì)3、6可以為任意極性。傳輸數(shù)據(jù)所用的芯線上同時(shí)傳輸直流電，其傳輸采用與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)不同的頻率，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。

②空閑線供電

如圖2所示，用于傳輸數(shù)據(jù)的兩對(duì)線與用作供電的兩對(duì)相互的獨(dú)立，應(yīng)用空閑腳供電時(shí)4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負(fù)極。

3.2　POE供電流程

POE供電的流程總共分為5個(gè)階段，如圖3所示，分別為檢測(cè)，功率分級(jí)，上電，實(shí)時(shí)監(jiān)控管理以及斷電。

①檢測(cè)階段

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

②功率分級(jí)階段

圖1　信號(hào)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(shè)備通過檢測(cè)電源輸出電流來確定受電設(shè)備的功率等級(jí)，不同的功率等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的功率。

③上電階段

當(dāng)檢測(cè)到端口下掛設(shè)備屬于合法受電設(shè)備，且確定了其功率等級(jí)后，開始按照對(duì)應(yīng)功率對(duì)該設(shè)備進(jìn)行供電。

④實(shí)時(shí)監(jiān)控管理階段

此階段，供電設(shè)備在進(jìn)行供電的同時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)受電設(shè)備是否斷開，此時(shí)的輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓為DC48V。

⑤斷電階段

當(dāng)檢測(cè)到受電設(shè)備斷開，供電設(shè)備將關(guān)閉端口輸出電壓，端口狀態(tài)返回到初始的監(jiān)測(cè)階段。

3.3　單獨(dú)電源線供電

攝像機(jī)的數(shù)據(jù)采用一根網(wǎng)絡(luò)線傳輸，其電源單獨(dú)采用一根兩芯線纜接至樓層弱電間內(nèi)的開關(guān)電源。

3.4　POE供電和單獨(dú)電源線供電對(duì)比

如表2所示。

表2　POE供電和單獨(dú)電源線供電的性能對(duì)比

雖然單獨(dú)電源線供電比POE多用一根兩芯電源線，但是實(shí)際施工過程中，攝像機(jī)所用的網(wǎng)絡(luò)線和電源線同穿一根保護(hù)管，帶來工程量的增加是有限的。在實(shí)際應(yīng)用中如24口普通交換機(jī)一般配置2～3只開關(guān)電源，其中1只開關(guān)電源故障，也能保證另外開關(guān)電源所對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)能正常工作。另外，工程中均會(huì)預(yù)留少量開關(guān)電源備用，普通的電氣維護(hù)人員也可及時(shí)更換開關(guān)電源，不需要專業(yè)人員對(duì)POE交換機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、更換。同時(shí)，有更好的安全保障，費(fèi)用也相對(duì)較低。

3.5　供電距離

①攝像機(jī)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(jī)或半球攝像機(jī)的供電電壓要求：DC12V±20%，功耗：8W，以此來計(jì)算末端攝像機(jī)的電壓、電流。

②傳輸線纜

單獨(dú)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(wǎng)線（線規(guī)24AWG）和六類網(wǎng)線（線規(guī)23AWG）。

當(dāng)弱電間處采用直流電給攝像機(jī)供電時(shí)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(jù)以上電路圖及相關(guān)參數(shù)可得，保證攝像機(jī)正常工作的最大電壓變化值△U應(yīng)為：

即：線纜上所產(chǎn)生的最大壓降為2.4V。

另外根據(jù)電功率的計(jì)算公式P=U×I，可知攝像機(jī)端的輸入電流I，

由以上式（1）、式（2）及歐姆定律計(jì)算線纜的最大電阻Rmax：

③單獨(dú)電源線供電形式

銅質(zhì)導(dǎo)線線纜采用截面積為0.75mm2=0.75×10-6m2，20℃時(shí)純銅導(dǎo)線電阻率ρ=1.75×10-8Ω·m，記單芯線纜的總長(zhǎng)為L(zhǎng)，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(dú)給攝像機(jī)供電，線纜的距離L＜72m。

同理計(jì)算可得采用1.0 mm2的電源線單獨(dú)給攝像機(jī)供電，線纜的距離L＜96m。

④POE供電形式

攝像機(jī)采用POE形式供電時(shí)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，線路供電的理論傳輸距離可達(dá)100m。但是實(shí)際工程項(xiàng)目中所使用的線纜材質(zhì)，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(dá)到理論值，從眾多實(shí)際工程案例中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)是：采用1.0 mm2電源線單獨(dú)供電時(shí)，線路長(zhǎng)度可達(dá)90m，采用網(wǎng)線POE形式供電時(shí)，線路長(zhǎng)度不大于80m。所以在前期設(shè)計(jì)配合階段，樓層弱電間布置需著重考慮，平面上最遠(yuǎn)處將設(shè)置攝像機(jī)的區(qū)域，其最遠(yuǎn)距離盡量不要超過80m（含樓層的高度），有些最不利點(diǎn)位要適當(dāng)調(diào)整攝像機(jī)的設(shè)置位置來滿足建筑平面的整體規(guī)劃。

3.6　投資對(duì)比

以某一個(gè)總建筑面積約5萬㎡的自用辦公大樓為例，根據(jù)其建筑平面布置，室內(nèi)部分總共設(shè)置252只監(jiān)控?cái)z像機(jī)（其中快球攝像機(jī)12），攝像機(jī)POE供電和單獨(dú)供電的工程設(shè)備費(fèi)用如表3。

由表3可知，末端監(jiān)控?cái)z像機(jī)的數(shù)量為252臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)，采用POE供電方式比單獨(dú)電源線供電方式約多了5.5%的前期設(shè)備投資，后期的維護(hù)成本由各產(chǎn)品自身的質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、維護(hù)管理人員的業(yè)務(wù)水平等多方面決定。

4　結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上分析可知，每種供電方式都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的項(xiàng)目不同的業(yè)主注重的方面都不同，設(shè)計(jì)師需盡量的了解業(yè)主的關(guān)注點(diǎn)，而后根據(jù)其需求選擇適合的應(yīng)用方案。對(duì)于項(xiàng)目設(shè)計(jì)師來說，在滿足業(yè)主功能需求的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該更多的注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、同時(shí)兼顧系統(tǒng)的整體投資，將設(shè)計(jì)做到更合理、更經(jīng)濟(jì)、更人性，最終提高用戶體驗(yàn)。

表3　工程設(shè)備費(fèi)用表

[1]GB/T50314-2016《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[S].

[2]YD/T1019-2013《數(shù)字通信用聚烯烴絕緣水平對(duì)絞電纜》[S].

[3]胡云.對(duì)以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)的研究[J].智能建筑電氣技術(shù):2011(6):40-43.