часть 2часть 3часть 4часть 5

Да простят меня те, кто все знает (ну если не все, то по крайней мере школьный курс физики), но в последние годы мне довелось повидать много плохих и даже очень плохих установок систем видеонаблюдения. Многие были для меня загадкой, но некоторые просто резали глаз пренебрежением основными законами физики. Хотя видел я и талантливые, тщательно продуманные решения, когда от полубытовой полуигрушечной техники добивались всего, на что она способна и даже чуть больше.

Вот я и подумал: наверное, многие уже забыли, чему их учили в школе. Может, кому-то пригодится, если я опишу самые яркие практические случаи проявления физики в технике. А в заглавие я вынес цифру из поговорки моего учителя физики: "Ошибка в расчетах на 30% простительна физику-экспериментатору, но ошибка в 30 раз свидетельствует о непонимании основных законов природы".


Закон Ома

Закон, надеюсь, помнят все: I=U/R, то есть ток равен напряжению делить на сопротивление. Или наоборот: U=I*R, то есть напряжение равно ток умножить на сопротивление. Одно из неприятных проявлений этого закона - падение напряжения на токоведущих проводах, про сопротивление которых забыли.



фото падение напряжения


Удельное сопротивление меди


Медь - прекрасный проводник. Самый лучший из общедоступных. Однако не идеальный. Сопротивление провода диаметром 1 мм2 и длиной 100 метров составляет около 2 Ом. Вообще-то, это сопротивление зависит от технологии производства провода и его температуры, а также от степени помятости провода, усилия натяжения и чего-нибудь еще, но с точностью до 30% будем считать - 2 Ома. Это можно запомнить, как мировую константу. Это исходная точка. На практике провода сечением 1 мм2 встречаются не так уж часто, но пересчитать нетрудно, например:



Камеры надо питать


Предположим, вы подвели питание (12 Вольт) к видеокамере широко распространенным проводом сечением 0.2 мм2. Это в пять раз тоньше, поэтому сопротивление будет в пять раз больше нашей исходной цифры. Это уже 10 Ом.
Предположим, длина провода до камеры составила 150 метров. Значит, сопротивление провода будет еще больше -15 Ом. Теперь смотрим в паспорт видеокамеры и видим, что она потребляет ток 300 мА. Вспоминаем закон Ома и получаем падение напряжения 4.5 Вольта. Питание подведено двумя проводами, по обоим идет ток (по одному - туда, по другому - обратно) и на каждом из них упадет по четыре с половиной вольта. То есть всего 9 вольт потерялись по дороге, а для камеры из поданных 12 Вольт осталось всего-то ничего - только 3 Вольта.



фото питание видеокамер

Результат - не работает. Что же делать? Наивный дилетант скажет - нет проблем! Надо взять источник питания напряжением побольше, чтобы хватило и на паразитное падение на проводах и на камеру осталось, сколько положено. Стало быть, 21 Вольт источник питания. Вообще-то, весьма нестандартный номинал, но, допустим, мы поискали и нашли такой или даже сделали специально. Что же получится?

На самом деле в паспорте указан максимальный ток потреоления, а если объектив с автодиафрагмой неподвижен, и весь экран темный (а именно это случится первым же вечером), то потребление может оказаться намного меньше, например 100 мА. Теперь на проводах почти ничего не теряется (ну, если посчитать, то вольта три), а значит на долю камеры останется аж 18 вольт. Это, пожалуй, чересчур - сгореть может.



блуждающие токи

Что же делать? Сначала отмерять, а уж потом отрезать. В данном случае считать прежде, чем прокладывать провода. В том же паспорте указан допустимый разброс напряжения питания. Обычно это +- 15%. На самом деле она, конечно, выдержит +- 30%, но не будем искушать судьбу. Сказано - от 10 до 14 Вольт - так и сделаем. Возьмем источник питания 14 Вольт, в таком случае напряжение на камере уж никак не превысит допустимого. Теперь посчитаем падение напряжения на проводах: в самом худшем случае для камеры должно остаться 10 Вольт, а значит на проводах питания может упасть не более чем по два вольта на каждом. Что там говорит закон Ома? Два вольта при максимальном токе (300 мА) означает допустимое сопротивление провода около 6 Ом. Это для нашего реального случая - для куска провода 150 метров длиной. Если пересчитать к стандартной длине, то, значит, нужен провод с погонным сопротивлением не хуже чем 4 ома на 100 метров. Вспоминаем "мировую константу" - 2 Ома на 100 метров для провода сечением 1мм2 и видим, что нам нужен провод вдвое тоньше - сечением 0.5 мм2. То есть более толстый, конечно, тоже годится, но зачем же без нужды зарывать медь обратно в землю - ее наши братья-металлурги совсем не за бесплатно оттуда выкапывали.



Автор: А.М. Омельянчук
технический директор
ЗАО "Компания Безопасность"
Читайте также: