Distribucin de energa en

CCTV y otros sistemas

electrnicos

(Como alimentar las cmaras en CCTV)

Ing. Sergio Bellechasse Lissabet

Distribucin de energa en CCTV y otros Sistemas Electrnicos

Primera Edicin

Copyright 2015 Lulu Press

Todos los derechos Reservados.

USA

http://www.lulu.com

Autor: Ing. Sergio Bellechasse Lissabet

Diseo de portada: Sergio Bellechasse Carrillo Copyright 2015 Lulu Press. Todos los derechos reservados.

ISBN 978-1-312-92020-0

Dedicatoria.

A mis padres

Quienes me mostraron el camino y con su sacrificio contribuyeron hacerlo menos

escabroso.

A mis hijos

Para que mi ejemplo sirva como fuente de inspiracin.

1

Tabla de contenido

Prlogo del autor. .......................................................................................................................... 8

Introduccin. ................................................................................................................................ 10

Captulo I. Mtodos de alimentacin mediante fuentes convencionales. ................. 12

Fuentes de alimentacin. ..................................................................................................... 13

Alimentacin distribuida o independiente. .................................................................... 14

Alimentacin centralizada. ................................................................................................. 15

Determinacin de la capacidad de la fuente de alimentacin. ............................ 16

Cableado y Conectores para alimentacin en CCTV. ............................................... 16

Alimentacin con cable siams pre-conectorizado.................................................. 17

Alimentacin con cable UTP (Unshielded twisted pair). .................................... 18

Alimentacin con cable siams. ..................................................................................... 21

Alimentacin centralizada empleando cable AWG. .................................................... 21

Calculo de la distancia para sistemas con alimentacin centralizada. ............ 21

Captulo II. Alimentacin mediante PoE .............................................................................. 27

Alimentacin mediante PoE (Power over Ethernet)........................................................ 28

Estndar IEEE 802.3af. ......................................................................................................... 28

Clases del Estndar IEEE 802.3af. ................................................................................. 30

Ventajas de PoE. .................................................................................................................. 31

Desventajas. ............................................................................................................................. 31

Calculo de la distancia de ubicacin admisible utilizando PoE. .............................. 32

Estndar IEEE 802.3at. ......................................................................................................... 36

Perdidas de insercin. ....................................................................................................... 38

Consideraciones generales sobre PoE+ ....................................................................... 40

Escenarios PoE tpicos. ......................................................................................................... 41

Captulo III. Alimentacin travs de coaxial (Power over Coax, PoC) .................... 45

Alimentacin a travs de coaxial (Power over coax, PoC ). ........................................ 46

Alimentacin por coaxial en sistemas analgicos. ...................................................... 46

2

Escenarios tpicos. .................................................................................................................. 55

Alimentacin por coaxial en la tecnologa SDI. ............................................................. 56

Inyeccin y derivacin de la alimentacin. ................................................................ 59

Recomendaciones. .............................................................................................................. 60

Escenarios tpicos de Alimentacin por coaxial en SDI, HD-SDI y 3G-SDI. ........... 61

Ethernet sobre coaxial (EoC). ............................................................................................. 63

Escenarios PoE sobre Coaxial. ............................................................................................ 64

Captulo IV Empleo de PLC en la alimentacin de sistemas. ......................................... 66

Comunicacin a travs de lneas elctricas (Power line communication, PLC). ..... 67

Caractersticas de las lneas elctricas. .......................................................................... 67

Clasificacin de acuerdo al voltaje que distribuyen. ................................................... 67

Configuraciones tpicas. ....................................................................................................... 68

Topologa de la red elctrica. ............................................................................................. 69

Caracterizacin del medio de transmisin. ................................................................... 70

Principio de funcionamiento de un adaptador PLC. .................................................... 72

Modulacin de la seal en los sistemas PLC. .............................................................. 74

Densidad espectral de potencia. .................................................................................... 75

Clasificacin de los sistemas PLC. ...................................................................................... 76

Ventajas de los sistemas PLC. ......................................................................................... 76

Limitaciones. ........................................................................................................................ 76

Topologa de una red BPLC residencial. .......................................................................... 77

Estndares internacionales para BPLC. .......................................................................... 77

Recomendaciones. .................................................................................................................. 79

Escenarios tpicos. .................................................................................................................. 80

Captulo V. Alimentacin fotovoltaica mediante Paneles solares. .............................. 83

Alimentacin fotovoltaica en CCTV. ...................................................................................... 84

Clasificacin de los sistemas fotovoltaicos. .................................................................... 85

El panel solar como fuente de generacin elctrica. .................................................. 85

Potencia mxima. ................................................................................................................... 87

Tecnologas de fabricacin. ................................................................................................ 89

Celdas de Silicio mono cristalino. .................................................................................. 90

3

Celdas de Silicio policristalino. ....................................................................................... 90

Celdas de pelcula delgada. ............................................................................................. 90

Interconexin de celdas solares. ........................................................................................ 92

Clculos para la implementacin de un sistema fotovoltaico autnomo. .......... 96

Clculo o estimacin del consumo. ............................................................................... 97

Dimensionamiento del sistema de acumuladores. ...................................................... 98

Elementos a considerar para la seleccin de una batera. ................................... 99

Principales parmetros de una batera. ..................................................................... 99

Tipos de bateras utilizadas en sistemas FV. ........................................................... 100

Mtodos de carga empleados en las bateras. ............................................................. 104

Rgimen de carga. ................................................................................................................ 104

Clculo de la capacidad del sistema de acumuladores. ........................................... 105

Clculo de la corriente de carga requerida por la batera. ................................. 106

Dimensionamiento del sistema fotovoltaico................................................................ 107

Depreciacin de la potencia del panel. ...................................................................... 116

Depreciacin por incremento de la temperatura. ................................................. 117

Determinacin de la variacin de Vmp por efectos de la temperatura. .......... 119

Determinacin de la variacin de Voc por efectos de la temperatura. ........... 122

Seleccin del regulador de carga. ............................................................................... 123

Clasificacin de los controladores de carga ............................................................. 124

Otras consideraciones. ................................................................................................... 126

Solucin con inversor. .................................................................................................... 130

Clasificacin de acuerdo a su empleo o aplicacin. ........................................... 130

Clasificacin por la forma de onda de la seal que entregan. ....................... 131

Clasificacin por el tipo de arranque. .................................................................... 132

Clasificacin atendiendo a la topologa de conexin. .................................................. 133

Consideraciones para elegir un inversor. ............................................................. 134

Estimacin de las prdidas por la eficiencia del inversor. ........................... 137

Solucin empleando un convertidor DC-DC. ............................................................. 138

Clasificacin de los conversores. ................................................................................. 139

Clasificacin de a cuerdo al voltaje de salida. ..................................................... 139

4

Clasificacin de acuerdo al modo de operacin. ................................................. 139

Clasificacin de acuerdo a la relacin entre la entrada y la salida. ............. 141

Clasificacin de acuerdo al sentido de conduccin ............................................ 142

Clasificacin atendiendo al nmero de fuentes y cargas conectables. ........ 143

Topologas. ......................................................................................................................... 144

Consideraciones para la seleccin de un convertidor. ...................................... 146

Clculo de las prdidas. .............................................................................................. 148

Solucin con un Controlador con salida adicional estabilizada (12V) o PoE.150

Depreciacin del rendimiento producto de las prdidas en el sistema. .......... 150

Determinacin de la inclinacin y orientacin de los paneles solares. ............... 153

Inclinacin ptima para un panel solar. ................................................................... 159

Para un punto con ubicacin en una latitud Norte. ........................................... 161

Para un punto con ubicacin en latitud Sur. ....................................................... 163

Opciones para seleccionar el ngulo de inclinacin. ........................................ 164

Orientacin (seleccin del ngulo de acimut). .................................................... 164

Soportes o estructuras de fijacin para paneles solares. ................................ 164

Sistema de auto seguimiento solar (Sun Tracker). ............................................ 166

Criterios para la seleccin de un sistema de rastreo automtico ................. 169

Estudio de factibilidad de la instalacin (Site survey). ........................................ 169

Captulo VI. Alimentacin con Energa elica .................................................................. 171

Sistema de Alimentacin con Energa elica. .................................................................. 172

Conversin del viento en Potencia. ................................................................................. 173

Efectos del nmero de palas o labes del rotor. ......................................................... 176

Relacin o Razn de velocidad de punta de pala (Tip Speed Ratio, TSR)............ 176

Caractersticas del viento. ................................................................................................. 178

Clasificacin del viento. .................................................................................................. 179

Medicin del viento. ......................................................................................................... 180

Efectos de la superficie del terreno y la altura sobre la velocidad del viento.

................................................................................................................................................ 180

Variacin del viento en el tiempo. ............................................................................... 182

Composicin y clasificacin de un sistema elico de generacin elctrica. ....... 182

5

Clasificacin de acuerdo a su aplicacin. ................................................................. 183

Clasificacin de acuerdo a la capacidad de generacin. ...................................... 183

Clasificacin de acuerdo a la orientacin del eje de rotacin. ........................... 183

Clasificacin de acuerdo al tipo de acoplamiento con el generador. ............... 184

La turbina elica de generacin elctrica. ................................................................... 184

Clculo de la potencia generada por una turbina. ................................................. 186

Principales parmetros que caracterizan a una turbina elica ....................... 187

Dimensionamiento de un sistema elico. ..................................................................... 188

Condiciones favorables para generacin simultanea. ......................................... 189

Condiciones de Generacin alternativa. .................................................................... 190

Dimensionamiento de un sistema de generacin elica. ..................................... 190

Captulo VII. Respaldo de energa. ...................................................................................... 196

Sistemas de respaldo de energa. ........................................................................................ 197

Sistemas de alimentacin ininterrumpida (SAI o UPS), clasificacin. ................. 199

Clasificacin de acuerdo al tipo de conversin. ...................................................... 199

Sistemas de simple conversin. ............................................................................... 199

Tipos de UPS de simple conversin. ........................................................................ 200

Sistemas de doble conversin (Double conversion). ......................................... 203

Empleo de un interruptor de servicio o bypass. .................................................. 206

Soluciones con UPS. .......................................................................................................... 206

Sistema redundante aislado. .................................................................................... 208

Sistema paralelo redundante. .................................................................................. 210

Sistema con redundancia mltiple. ........................................................................ 211

Dimensionamiento de un sistema pequeo para respaldo con UPS. ............... 212

Influencia del tipo de carga....................................................................................... 212

Demanda o consumo de la carga a energizar. .................................................... 214

Determinacin del tiempo de autonoma. ............................................................ 217

Determinacin de la capacidad de la batera..................................................... 217

Otras consideraciones para el dimensionamiento. ........................................... 222

Sistemas de respaldo con conmutadores de transferencia AC. .............................. 225

Clasificacin de acuerdo a la tecnologa. .................................................................. 226

6

Clasificacin por el tipo de accionamiento del elemento de conmutacin. .... 227

Clasificacin de acuerdo al modo de operacin. ..................................................... 228

UPS vs conmutadores de transferencia. ....................................................................... 230

Conmutador de transferencia .......................................................................................... 231

Escenarios tpicos con conmutadores de transferencia. .......................................... 232

Respaldo a partir de un generador alternativo...................................................... 232

Respaldo hibrido con UPS. ............................................................................................. 233

Implementacin de redundancia en sistemas basados en UPS. ........................ 233

Respaldo a partir de dos fases. .................................................................................... 234

Respaldo a partir de dos redes elctricas independientes. ................................. 235

Seleccin de un conmutador de transferencia ............................................................ 236

Bibliografa. ............................................................................................................................... 237

Prlogo del autor.

En mi primer libro Aprenda a instalar cmaras de CCTV centr mi atencin en brindar

un manual que sirviera de gua para instaladores de sistemas de video Vigilancia y para no

profesionales, que introdujera los conceptos bsicos y proporcionara los elementos

necesarios para instalar y configurar sistemas de CCTV analgicos comerciales (kits de

CCTV), con la idea de posteriormente presentar una nueva obra mucho ms amplia.

Mientras me encontraba escribiendo mi segundo libro sobre CCTV analgicos y digitales,

al tratar temas relacionados con la alimentacin se me ocurri la idea de escribir un libro

exclusivo dedicado a la distribucin de energa y alimentacin en los sistemas de CCTV y

ampliarlo a otros sistemas electrnicos y de comunicaciones, de manera que sirviera como

base tanto para diseadores, instaladores e integradores de sistemas.

La tendencia a la convergencia de los sistemas de CCTV, Seguridad, Control, computacin

y comunicaciones, ha posibilitado coexistir e integrar diferentes tecnologas sobre una

plataforma comn.

Es el primer y nico libro que aborda de forma exclusiva las diferentes formas de

distribucin de energa para garantizar la alimentacin en las diferentes tecnologas

empleadas en CCTV y otros sistemas electrnicos y de comunicaciones.

Se abordan las tcnicas de distribucin de seales de video a travs de cable coaxial, UTP y

lneas elctricas como medio de transmisin, con el objeto de entender los principios

bsicos para las formas de distribucin de energa disponibles hoy en da para proporcionar

alimentacin a diferentes tecnologas y sistemas electrnicos en el mercado, tales como

sistemas de CCTV analgicos, digitales e IP, equipos de comunicaciones, control

automtico, etc.

Se incluyen mtodos y escenarios tpicos para alimentacin con DC y AC, PoE, PoC, PLC,

energa solar, energa elica y sistemas de respaldo.

No debe faltar en la biblioteca de todo diseador, instalador e integrador de sistemas.

Introduccin.

El desarrollo de la tecnologa en nuestros tiempos, ha propiciado un incremento en los

niveles de miniaturizacin y un descenso significativo en el coste de muchos equipos

electrnicos, posibilitando la incorporacin y difusin masiva de la electrnica en casi

todas las reas del quehacer humano, ya sea como parte esencial o complementaria de

algn proceso o actividad, de forma independiente o en interaccin con otros sistemas

mediante el intercambio de informacin a travs de plataformas de comunicaciones

existentes o de una nueva implementacin para dicho propsito. Sin embargo, el costo de

las infraestructuras de comunicaciones entre otras causas ha contribuido a la convergencia

tecnolgica de muchos sistemas para el aprovechamiento de las facilidades existentes. Es

frecuente encontrar sistemas dismiles en configuraciones distribuidas compartiendo en uso

comn dichas infraestructuras para el intercambio de datos, transmisin de seales e

incluso proporcionar alimentacin remota a fin de incrementar la confiabilidad mediante la

implementacin de esquemas de redundancia y respaldo energtico.

El estado del arte de las diferentes tecnologas para los sistemas electrnicos y el

abaratamiento de las fuentes de energas alternativas, ha posibilitado el despliegue de

sistemas de comunicaciones, video vigilancia, procesamiento, control, telemetra y otros, en

ubicaciones remotas donde no se dispone de un suministro energtico a travs de las redes

de distribucin elctrica y en los que se requiere el trabajo continuado de algn sistema, por

24 horas diarias durante los 365 das del ao.

Por otra parte, muchos sistemas con procesamiento en tiempo real exigen un trabajo

ininterrumpido, an ante la ocurrencia de adversidades, fallas u otras eventualidades, por lo

que las fuentes de alimentacin y el esquema de distribucin y respaldo de energa, juegan

un papel preponderante en la confiabilidad, calidad y disponibilidad de tales sistemas.

Puede asegurarse, que la mayora de las fallas que se presentan en los equipos y sistemas

electrnicos, se originan de problemas en la alimentacin y el esquema de distribucin de

energa, de ah su importancia para todo diseador, instalador e integrador de sistemas

como un criterio esencial de consideracin. Un buen diseo de un sistema electrnico debe

contemplar consideraciones de eficiencia en la alimentacin a fin de garantizar un mejor

rendimiento, que contribuya a reducir los costos de operacin, incrementar la vida til de

los equipos y garantizar una buena calidad de la informacin o seales que procesa.

El presente libro pretende ser una gua que describe algunos de los esquemas utilizados

para distribuir energa y alimentar dispositivos, sistemas electrnicos y de comunicaciones,

as como para la implementacin de redundancia y respaldo energtico. Esperamos que esta

obra pueda contribuir a ampliar el horizonte de tecnologas disponibles y aprovechables

para optimizar recursos durante el diseo y despliegue de un sistema con dispositivos

electrnicos.

El libro puede adquirirse a travs de Lulu Press, Inc. en el siguiente enlace:

http://www.lulu.com/shop/sergio-bellechasse-lissabet/distribuci%C3%B3n-de-

energ%C3%ADa-en-cctv-y-otros-sistemas-electr%C3%B3nicos/ebook/product-

22072331.html

Tambin disponible en selfy.com y bubok.es, a travs de los enlaces:

https://sellfy.com/p/qICy/

http://www.bubok.es/libros/239379/Distribucion-de-energia-en-CCTV-y-otros-

sistemas-electronicos