Distribución de energía en

CCTV y otros sistemas

electrónicos

(Como alimentar las cámaras en CCTV)

Ing. Sergio Bellechasse Lissabet

Distribución de energía en CCTV y otros Sistemas Electrónicos

Primera Edición

Copyright © 2015 Lulu Press

Todos los derechos Reservados.

USA

http://www.lulu.com

Autor: Ing. Sergio Bellechasse Lissabet

Diseño 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 inspiración.

1

Tabla de contenido

Prólogo del autor. .......................................................................................................................... 8

Introducción. ................................................................................................................................ 10

Capítulo I. Métodos de alimentación mediante fuentes convencionales. ................. 12

Fuentes de alimentación. ..................................................................................................... 13

Alimentación distribuida o independiente. .................................................................... 14

Alimentación centralizada. ................................................................................................. 15

Determinación de la capacidad de la fuente de alimentación. ............................ 16

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

Alimentación con cable siamés pre-conectorizado.................................................. 17

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

Alimentación con cable siamés. ..................................................................................... 21

Alimentación centralizada empleando cable AWG. .................................................... 21

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

Capítulo II. Alimentación mediante PoE .............................................................................. 27

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

Estándar IEEE 802.3af. ......................................................................................................... 28

Clases del Estándar IEEE 802.3af. ................................................................................. 30

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

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

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

Estándar IEEE 802.3at. ......................................................................................................... 36

Perdidas de inserción. ....................................................................................................... 38

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

Escenarios PoE típicos. ......................................................................................................... 41

Capítulo III. Alimentación través de coaxial (Power over Coax, PoC) .................... 45

Alimentación a través de coaxial (Power over coax, PoC ). ........................................ 46

Alimentación por coaxial en sistemas analógicos. ...................................................... 46

2

Escenarios típicos. .................................................................................................................. 55

Alimentación por coaxial en la tecnología SDI. ............................................................. 56

Inyección y derivación de la alimentación. ................................................................ 59

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

Escenarios típicos de Alimentación por coaxial en SDI, HD-SDI y 3G-SDI. ........... 61

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

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

Capítulo IV Empleo de PLC en la alimentación de sistemas. ......................................... 66

Comunicación a través de líneas eléctricas (Power line communication, PLC). ..... 67

Características de las líneas eléctricas. .......................................................................... 67

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

Configuraciones típicas. ....................................................................................................... 68

Topología de la red eléctrica. ............................................................................................. 69

Caracterización del medio de transmisión. ................................................................... 70

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

Modulación de la señal en los sistemas PLC. .............................................................. 74

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

Clasificación de los sistemas PLC. ...................................................................................... 76

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

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

Topología de una red BPLC residencial. .......................................................................... 77

Estándares internacionales para BPLC. .......................................................................... 77

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

Escenarios típicos. .................................................................................................................. 80

Capítulo V. Alimentación fotovoltaica mediante Paneles solares. .............................. 83

Alimentación fotovoltaica en CCTV. ...................................................................................... 84

Clasificación de los sistemas fotovoltaicos. .................................................................... 85

El panel solar como fuente de generación eléctrica. .................................................. 85

Potencia máxima. ................................................................................................................... 87

Tecnologías de fabricación. ................................................................................................ 89

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

3

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

Celdas de película delgada. ............................................................................................. 90

Interconexión de celdas solares. ........................................................................................ 92

Cálculos para la implementación de un sistema fotovoltaico autónomo. .......... 96

Cálculo o estimación del consumo. ............................................................................... 97

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

Elementos a considerar para la selección de una batería. ................................... 99

Principales parámetros de una batería. ..................................................................... 99

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

Métodos de carga empleados en las baterías. ............................................................. 104

Régimen de carga. ................................................................................................................ 104

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

Cálculo de la corriente de carga requerida por la batería. ................................. 106

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

Depreciación de la potencia del panel. ...................................................................... 116

Depreciación por incremento de la temperatura. ................................................. 117

Determinación de la variación de Vmp por efectos de la temperatura. .......... 119

Determinación de la variación de Voc por efectos de la temperatura. ........... 122

Selección del regulador de carga. ............................................................................... 123

Clasificación de los controladores de carga ............................................................. 124

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

Solución con inversor. .................................................................................................... 130

Clasificación de acuerdo a su empleo o aplicación. ........................................... 130

Clasificación por la forma de onda de la señal que entregan. ....................... 131

Clasificación por el tipo de arranque. .................................................................... 132

Clasificación atendiendo a la topología de conexión. .................................................. 133

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

Estimación de las pérdidas por la eficiencia del inversor. ........................... 137

Solución empleando un convertidor DC-DC. ............................................................. 138

Clasificación de los conversores. ................................................................................. 139

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

4

Clasificación de acuerdo al modo de operación. ................................................. 139

Clasificación de acuerdo a la relación entre la entrada y la salida. ............. 141

Clasificación de acuerdo al sentido de conducción ............................................ 142

Clasificación atendiendo al número de fuentes y cargas conectables. ........ 143

Topologías. ......................................................................................................................... 144

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

Cálculo de las pérdidas. .............................................................................................. 148

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

Depreciación del rendimiento producto de las pérdidas en el sistema. .......... 150

Determinación de la inclinación y orientación de los paneles solares. ............... 153

Inclinación óptima para un panel solar. ................................................................... 159

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

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

Opciones para seleccionar el ángulo de inclinación. ........................................ 164

Orientación (selección del ángulo de acimut). .................................................... 164

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

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

Criterios para la selección de un sistema de rastreo automático ................. 169

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

Capítulo VI. Alimentación con Energía eólica .................................................................. 171

Sistema de Alimentación con Energía eólica. .................................................................. 172

Conversión del viento en Potencia. ................................................................................. 173

Efectos del número de palas o álabes del rotor. ......................................................... 176

Relación o Razón de velocidad de punta de pala (Tip Speed Ratio, TSR)............ 176

Características del viento. ................................................................................................. 178

Clasificación del viento. .................................................................................................. 179

Medición del viento. ......................................................................................................... 180

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

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

Variación del viento en el tiempo. ............................................................................... 182

Composición y clasificación de un sistema eólico de generación eléctrica. ....... 182

5

Clasificación de acuerdo a su aplicación. ................................................................. 183

Clasificación de acuerdo a la capacidad de generación. ...................................... 183

Clasificación de acuerdo a la orientación del eje de rotación. ........................... 183

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

La turbina eólica de generación eléctrica. ................................................................... 184

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

Principales parámetros que caracterizan a una turbina eólica ....................... 187

Dimensionamiento de un sistema eólico. ..................................................................... 188

Condiciones favorables para generación simultanea. ......................................... 189

Condiciones de Generación alternativa. .................................................................... 190

Dimensionamiento de un sistema de generación eólica. ..................................... 190

Capítulo VII. Respaldo de energía. ...................................................................................... 196

Sistemas de respaldo de energía. ........................................................................................ 197

Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI o UPS), clasificación. ................. 199

Clasificación de acuerdo al tipo de conversión. ...................................................... 199

Sistemas de simple conversión. ............................................................................... 199

Tipos de UPS de simple conversión. ........................................................................ 200

Sistemas de doble conversión (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 múltiple. ........................................................................ 211

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

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

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

Determinación del tiempo de autonomía. ............................................................ 217

Determinación de la capacidad de la batería..................................................... 217

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

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

Clasificación de acuerdo a la tecnología. .................................................................. 226

6

Clasificación por el tipo de accionamiento del elemento de conmutación. .... 227

Clasificación de acuerdo al modo de operación. ..................................................... 228

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

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

Escenarios típicos con conmutadores de transferencia. .......................................... 232

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

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

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

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

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

Selección de un conmutador de transferencia ............................................................ 236

Bibliografía. ............................................................................................................................... 237

Prólogo del autor.

En mi primer libro “Aprenda a instalar cámaras de CCTV” centré mi atención en brindar

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

profesionales, que introdujera los conceptos básicos y proporcionara los elementos

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

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

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

al tratar temas relacionados con la alimentación se me ocurrió la idea de escribir un libro

exclusivo dedicado a la distribución de energía y alimentación en los sistemas de CCTV y

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

base tanto para diseñadores, instaladores e integradores de sistemas.

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

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

plataforma común.

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

distribución de energía para garantizar la alimentación en las diferentes tecnologías

empleadas en CCTV y otros sistemas electrónicos y de comunicaciones.

Se abordan las técnicas de distribución de señales de video a través de cable coaxial, UTP y

líneas eléctricas como medio de transmisión, con el objeto de entender los principios

básicos para las formas de distribución de energía disponibles hoy en día para proporcionar

alimentación a diferentes tecnologías y sistemas electrónicos en el mercado, tales como

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

automático, etc.

Se incluyen métodos y escenarios típicos para alimentación con DC y AC, PoE, PoC, PLC,

energía solar, energía eólica y sistemas de respaldo.

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

Introducción.

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

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

electrónicos, posibilitando la incorporación y difusión masiva de la electrónica en casi

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

algún proceso o actividad, de forma independiente o en interacción con otros sistemas

mediante el intercambio de información a través de plataformas de comunicaciones

existentes o de una nueva implementación para dicho propósito. Sin embargo, el costo de

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

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

frecuente encontrar sistemas disímiles en configuraciones distribuidas compartiendo en uso

común dichas infraestructuras para el intercambio de datos, transmisión de señales e

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

implementación de esquemas de redundancia y respaldo energético.

El estado del arte de las diferentes tecnologías para los sistemas electrónicos y el

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

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

ubicaciones remotas donde no se dispone de un suministro energético a través de las redes

de distribución eléctrica y en los que se requiere el trabajo continuado de algún sistema, por

24 horas diarias durante los 365 días del año.

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

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

que las fuentes de alimentación y el esquema de distribución y respaldo de energía, juegan

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

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

electrónicos, se originan de problemas en la alimentación y el esquema de distribución de

energía, de ahí su importancia para todo diseñador, instalador e integrador de sistemas

como un criterio esencial de consideración. Un buen diseño de un sistema electrónico debe

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

rendimiento, que contribuya a reducir los costos de operación, incrementar la vida útil de

los equipos y garantizar una buena calidad de la información o señales que procesa.

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

para distribuir energía y alimentar dispositivos, sistemas electrónicos y de comunicaciones,

así como para la implementación de redundancia y respaldo energético. Esperamos que esta

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

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

electrónicos.

El libro puede adquirirse a través 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-

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