Виды помех и способы их устранения

Круг вопросов, рассматриваемых при проектировании комплекса технических средств охраны (КТСО), включающего также системы видеонаблюдения, должен быть достаточно широк: от техники заземления до разновидностей защиты — от электромагнитных помех, шумов, генерируемых элементами КТСО и сопряженными система-ми, до “стыкуемости” аппаратуры; от принципов построения систем электропитания (в том числе резервного) до выбора материалов экранирующих корпусов; от технологии выполнения монтажных работ до номенклатуры кабельной продукции, комплектующих

Вся аппаратура, входящая в КТСО, должна иметь не только электромагнитную совместимость, но и стыковаться по своим электрическим параметрам. Следует подвергнуть серьезному анализу электромагнитную обстановку объекта в части определения или прогнозирования уровня электромагнитных помех от оборудования и аппаратуры смежных систем обеспечения безопасности и жизнедеятельности здания: трансформаторных подстанций, приточно-вытяжной вентиляции, систем и способов освещения помещений и территории, мощных потребителей электроэнергии, источников бесперебойного электропитания, систем оповещения и связи, мест проведения периодических работ с применением электросварки. Собственно прогнозирование уровня электромагнитной обстановки должно быть выполнено с учетом возможности возникновения аварийных ситуаций в вышеуказанных системах (узлах) и дать возможность предусмотреть способы защиты наиболее чувствительной аппаратуры от последствий влияния аварийных ситуаций на работоспособность и безотказность КТСО.

Источники шумов и шумы, наводимые на провода и кабельные линии

Основным примером такого вида связи являются шумы, проникающие в устройства по проводам сетевого электропитания. В случае если невозможно контролировать сеть или к сети подключают другую аппаратуру (мощный энергопотребитель) возникает необходимость в развязке проводов сети. Тогда уже стоит вопрос о резервировании электропитания систем ССТV. В этих целях используют источники бесперебойного электропитания компьютеров (типа UPS) или источники для охранно-пожарной аппаратуры. Проблемы при этом остаются прежние: различные напряжения, требуемые для электропитания составных частей системы видеонаблюдения, жесткие требования к верхним порогам выходных напряжений, условия электромагнитной совместимости и т.п. Добавляются требования обеспечения минимального времени резервирования электропитания ССТV – 0,5 часа, согласно ГОСТ Р 51558–2000, а на практике необходимо резервирование электропитания на значительно большее время.

Связь через общее сопротивление

Связь через общее сопротивление встречается там, где токи от двух различных устройств проходят через одно сопротивление. При этом падение напряжения, создаваемое каждым из устройств на конкретном участке сопротивления, является для другой системы источником помехи, и чем больше потребление, тем выше амплитуда помехи.

Электромагнитные поля

Еще один вид связи представляет собой излучение электромагнитных полей. Эффективность экранирования зависит от: частоты излучения, конфигурации экрана, положения внутри экрана измерительной точки, вида ослабляемого поля, вектора его распространения и поляризации. Опуская прикладные и промежуточные теоретические выкладки, можно сделать выводы, определяющие эффективность экранирования:

• для электрических полей и плоских волн потери при их отражении очень велики;
• для низкочастотных магнитных полей потери при их отражении очень малы;
• экран толщиной, равной глубине скин-слоя, обеспечивает потери на поглощение примерно 9 дБ;
• магнитные поля труднее поддаются экранированию, чем электрические;
• для защиты от низкочастотных магнитных полей следует применять магнитные материалы;
• для защиты от электрических полей, плоских волн и высокочастотных магнитных полей следует применять экран из качественного проводника;
• реальная эффективность экранирования, достигаемая на практике, обычно определяется утечками в швах и соединениях, а не собственно эффективностью применяемого материала;
• величину утечки определяет максимальный линейный размер отверстия, а не его площадь;
• утечка через большое количество маленьких отверстий меньше, чем через одно отверстие той же площади;
• наличие на рынке услуг аппаратуры, которая не создает помехи, столь же необходимо, как и наличие аппаратуры, защищающей от помех;
• подавлением шумов следует заниматься на возможно более ранней стадии проектирования КТСО;
• шумы возникают в следующих случаях: при наличии наводки по проводам, при осуществлении связи через общее сопротивление, а также при наличии электромагнитного излучения;
• металлы, используемые в сигнальных цепях и контактирующие друг с другом, должны быть гальванически совместимыми;
• универсальный метод решения большинства проблем борьбы с электромагнитными помехами и шумами существует далеко не всегда, обычно используются несколько способов одновременно.

Заземление

Заземление – один из основных способов уменьшения нежелательных шумов и наводок, приводящих к сбоям в работе видеосистемы или выходу из строя аппаратуры. Грамотное заземление и экранирование может решить значительную часть проблем шумопо
давления. Надежно заземленная система (комплекс) должна быть спроектирована таким образом, чтобы она работала как единая цель.

Проектирование систем с качественным заземлением преследует две основные цели: первая - минимизировать напряжение шумов, возникающих при прохождении токов от двух или более единиц аппаратуры через общее сопротивление земли; вторая - исключить образование контуров заземления, чувствительных к магнитным полям и разностям потенциалов “земли”. Надо помнить, однако, что неправильно выполненное заземление само может стать основной причиной возникающих шумов и помех.

Защитное заземление

Из соображений без опасности корпус аппаратуры, так же как и вся система, должен быть заземлен. При возникновении пробоя (аварийная ситуация) ток через шину заземления проходит, можно сказать, молниеносна, что приводит к разрыванию цепи защитными устройствами. Поскольку через защитное заземление ток нагрузки не течет, на нем не возникает падение напряжения и подключенные к нему корпуса аппаратуры всегда находятся под потенциалом земли. При этом нейтраль и шину защитного заземления следует соединять только в одной точке. Эту точку следует выбирать таким образом, чтобы она была как можно ближе к распределительному щитку.

Сигнальные “земли”

Сигнальные “земли” делятся, в основном, на два класса: заземление в одной или нескольких точках.

При более глубоком рассмотрении методов заземления необходимо помнить о следующем:

• все проводники имеют конечный импеданс, состоящий обычно из сопротивления и индуктивности;
• разнесенные в пространстве точки заземления редко имеют одинаковый потенциал.

Силовая “земля” практически не годится для организации или в качестве сигнальной “земли”. Напряжение, измеряемое между двумя точками земли, в типичных случаях составляет сотни милливольт, а иногда и единицы вольт. Это напряжение достаточно велико для цепей с сигналами низкого уровня. С точки зрения шумов наиболее нежелательным является заземление с общей шиной или общим проводом. При использовании такой схемы наиболее критичное устройство (с наибольшим потреблением тока) следует подключать как можно ближе к точке первичного заземления.

Схему подключения с раздельными землями (параллельное включение) наиболее предпочтительно применять на низких частотах (рис. 1), поскольку при этом нет перекрестных связей между возвратными токами различных устройств. Однако эта схема подключения достаточно громоздка с технической точки зрения, так как в большом комплексе для нее требуется непомерно большое количество проводов. Другое ограничение схемы раздельного заземления проявляется при высоких частотах, где индуктивности заземляющих проводников увеличивают импеданс земли, создают индуктивную связь между заземляющими шинами. Паразитные емкости между проводниками заземления также образуют связи между “землями” устройств. На еще более высоких частотах импеданс заземляющих проводников может быть достаточно большим, и они будут работать как антенны, излучающие шумы.

Система заземления в нескольких точках

Для минимизации импеданса земли на высоких частотах применяются многоточечные схемы заземления (рис. 2). В этой схеме устройства подключаются, по возможности, к ближайшей заземленной шине с малым импедансом, при этом сопротивления R1ER3 и индуктивности L1EL3 должны быть как можно меньше. Увеличение толщины заземляющего проводника (поверхности) не влияет на высокочастотный импеданс, поскольку вследствие скин-эффекта ток течет только по его поверхности.

Практические системы заземления

Большинство практических схем заземления представляют собой комбинацию последовательного и параллельного заземления в одной точке. Такая комбинация обычно диктуется компромиссным решением между необходимостью выполнения критериев по электрическим шумам (наводкам) и задачей избежать увеличения сложности проводного монтажа сверх необходимой. Ключ к успешному совмещению этих факторов лежит в выборочной группировке заземляющих проводов, такой, чтобы схемы с достаточно различающимися уровнями потребляемой мощности не имели общего возвратного провода земли. Таким образом, группы слаботочных устройств могут иметь общий возвратный провод “земли”, тогда как другие группы устройств подключаются к “земле” другим возвратным проводником.

В большинстве интегрированных комплексах необходимо как минимум четыре возвратных проводника “земли” (рис. 3), исключая нейтраль и провод защитного заземления.

Использование такой конфигурации схемы заземления интегрированного комплекса безопасности и систем жизнеобеспечения здания (объекта) может значительно уменьшить проблемы неустойчивости работы отдельных подсистем.

Кроме двух перечисленных методов борьбы с помехами (экранирование и заземление) существуют такие, как:

• балансировка;
• фильтрация;
• изоляция;
• разнесение и ориентация;
• регулировка величины полного сопротивления;
• выбор номенклатуры кабельной продукции;
• снижение амплитуды пускового тока;
• минимизация энергопотребления;
• программно-аппаратный метод.

Рассмотренные методы шумоподавления применимы как к аналоговым, так и к цифровым системам, в том числе в системам видеонаблюдения.