安防系统中摄像机供电方式选择分析

林华，李向群

LIN Hua, LI Xiang-qun

（浙江大学建筑设计研究院有限公司）

（Architectural Design and Research Institute of Zhejiang University Co,Ltd.）

1　引言

目前正处在一个技术不断发展的时代，建筑电气行业从“弱电”系统到“智能化”系统，再到“智慧”系统，时代不断在进步，技术不断在发展。建筑安防系统的逐步完善，看到了实实在在的技术革新。尤其在短短的几年时间里，视频安防监控系统就完成了从纯模拟系统到半数字系统，再到全数字系统的完整转变。在系统的整个转变过程中也有几乎不变的内容，那就是设备的供电。以往的模拟系统摄像机大部分采用AC24V供电，现在的网络摄像机已发展到采用DC12V或AC24V供电，也有通过POE交换机48V供电（摄像机支持POE供电）的形式。

2　供电形式

目前的智能化系统设计中，摄像机的供电方式一般分为两种形式：

1）就地供电：从UPS后配电箱引出的220V电源线引至摄像机安装位置处，经摄像机端电源适配器后转换成DC12V或AC24V供给摄像机。

2）集中供电：从UPS后配电箱引出的220V电源线引至对应区域的弱电间，在弱电间内设置开关电源（DC12V或AC24V），220V电源线经开关电源转换为DC12V或AC24V再供给摄像机。摄像机二种供电方式的性能对比见表1。

表1　就地供电和集中供电对比

基于表1所示，从工程实际出发，一般建筑单体内部采用集中供电，室外、体育场的马道区域等可以采用就地供电。

3　集中供电

对于集中供电而言，目前全数字视频安防系统所采用的网络摄像机一般有两种供电方式。

3.1　POE供电

摄像机的数据与电源共用一根网络线，经楼层弱电间内的POE交换机实现摄像机供电。POE供电传输电源的导线采用的是网络线（4对8芯非屏蔽对绞线），其中两对线用于传输数据，两对线用于供电。根据POE供电内部结构又分为两种信号线供电和空闲线供电。

①信号线供电

如图1所示，用于传输数据的两对线同时用作供电，利用信号线（1，2，3，6）同时传递数据信号和48V的电源。应用数据脚供电时，将直流电源加在传输变压器的中点，线对1、2和线对3、6可以为任意极性。传输数据所用的芯线上同时传输直流电，其传输采用与以太网数据信号不同的频率，不影响数据的传输。

②空闲线供电

如图2所示，用于传输数据的两对线与用作供电的两对相互的独立，应用空闲脚供电时4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。

3.2　POE供电流程

POE供电的流程总共分为5个阶段，如图3所示，分别为检测，功率分级，上电，实时监控管理以及断电。

①检测阶段

供电设备检测端口的电源输出线对之间的电阻值和电容值判断合法的受电设备是否存在。

②功率分级阶段

图1　信号线供电接线图

图2　空闲线供电接线图

图3　POE供电流程图

供电设备通过检测电源输出电流来确定受电设备的功率等级，不同的功率等级对应不同的功率。

③上电阶段

当检测到端口下挂设备属于合法受电设备，且确定了其功率等级后，开始按照对应功率对该设备进行供电。

④实时监控管理阶段

此阶段，供电设备在进行供电的同时会实时检测受电设备是否断开，此时的输出的标准电压为DC48V。

⑤断电阶段

当检测到受电设备断开，供电设备将关闭端口输出电压，端口状态返回到初始的监测阶段。

3.3　单独电源线供电

摄像机的数据采用一根网络线传输，其电源单独采用一根两芯线缆接至楼层弱电间内的开关电源。

3.4　POE供电和单独电源线供电对比

如表2所示。

表2　POE供电和单独电源线供电的性能对比

虽然单独电源线供电比POE多用一根两芯电源线，但是实际施工过程中，摄像机所用的网络线和电源线同穿一根保护管，带来工程量的增加是有限的。在实际应用中如24口普通交换机一般配置2～3只开关电源，其中1只开关电源故障，也能保证另外开关电源所对应的摄像机能正常工作。另外，工程中均会预留少量开关电源备用，普通的电气维护人员也可及时更换开关电源，不需要专业人员对POE交换机进行监测、更换。同时，有更好的安全保障，费用也相对较低。

3.5　供电距离

①摄像机供电电压、电流

目前市面上几大安防品牌，其普通枪式摄像机或半球摄像机的供电电压要求：DC12V±20%，功耗：8W，以此来计算末端摄像机的电压、电流。

②传输线缆

单独供电方式采用两芯线，分为ZR-RVV2x0.75和ZR-RVV2x1.0两种形式，即线缆单芯的截面积分别为0.75mm2和1.0mm2；POE供电方式采用超五类网线（线规24AWG）和六类网线（线规23AWG）。

当弱电间处采用直流电给摄像机供电时须考虑传输线缆上的压降。理想状态下的等效电路如下图4所示。

图4　理想状态等效电路

根据以上电路图及相关参数可得，保证摄像机正常工作的最大电压变化值△U应为：

即：线缆上所产生的最大压降为2.4V。

另外根据电功率的计算公式P=U×I，可知摄像机端的输入电流I，

由以上式（1）、式（2）及欧姆定律计算线缆的最大电阻Rmax：

③单独电源线供电形式

铜质导线线缆采用截面积为0.75mm2=0.75×10-6m2，20℃时纯铜导线电阻率ρ=1.75×10-8Ω·m，记单芯线缆的总长为L，由式（3）及电阻定律得：

由此可知，若采用0.75 mm2的电源线单独给摄像机供电，线缆的距离L＜72m。

同理计算可得采用1.0 mm2的电源线单独给摄像机供电，线缆的距离L＜96m。

④POE供电形式

摄像机采用POE形式供电时，根据国家标准，在满足数据传输的同时，线路供电的理论传输距离可达100m。但是实际工程项目中所使用的线缆材质，施工人员的工艺水平等外部因素，使整条线路上电源的传输无法达到理论值，从众多实际工程案例中总结的经验是：采用1.0 mm2电源线单独供电时，线路长度可达90m，采用网线POE形式供电时，线路长度不大于80m。所以在前期设计配合阶段，楼层弱电间布置需着重考虑，平面上最远处将设置摄像机的区域，其最远距离尽量不要超过80m（含楼层的高度），有些最不利点位要适当调整摄像机的设置位置来满足建筑平面的整体规划。

3.6　投资对比

以某一个总建筑面积约5万㎡的自用办公大楼为例，根据其建筑平面布置，室内部分总共设置252只监控摄像机（其中快球摄像机12），摄像机POE供电和单独供电的工程设备费用如表3。

由表3可知，末端监控摄像机的数量为252台的监控系统，采用POE供电方式比单独电源线供电方式约多了5.5%的前期设备投资，后期的维护成本由各产品自身的质量、系统运行的可靠性、维护管理人员的业务水平等多方面决定。

4　结束语

根据以上分析可知，每种供电方式都有自身的优缺点，不同的项目不同的业主注重的方面都不同，设计师需尽量的了解业主的关注点，而后根据其需求选择适合的应用方案。对于项目设计师来说，在满足业主功能需求的基础上，我们应该更多的注重系统的稳定性、可靠性、同时兼顾系统的整体投资，将设计做到更合理、更经济、更人性，最终提高用户体验。

表3　工程设备费用表

[1]GB/T50314-2016《智能建筑设计标准》[S].

[2]YD/T1019-2013《数字通信用聚烯烃绝缘水平对绞电缆》[S].

[3]胡云.对以太网供电（PoE）技术的研究[J].智能建筑电气技术:2011(6):40-43.