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Cabeamento - parte 7

 

Por Eng. Claudio de Almeida

 

Esta é a sétima parte de uma série de artigos sobre cabeamento para CFTV. Se você ainda não viu as partes anteriores, recomendo que as leia antes, clicando nestes links: Parte 1 - Introdução, Parte 2 - Cabeamento metálico, Parte 3 - Cabeamento coaxial, Parte 4 - Cabeamento UTP, Parte 5 - Cabeamento de Alimentação e Parte 6 - Alimentação PoE

 

Alimentação PoC

 

Conforme já expliquei no artigo anterior, a alimentação PoE veio da área de TI e é utilizada na área de segurança para alimentar câmeras IP pelo próprio cabo de rede.

 

Já a alimentação PoC foi idealizada na área de segurança e pode se dizer que é 'prima' da PoE, pois certamente foi baseada nela.

 

A ideia é basicamente a mesma: Alimentar câmeras pelo próprio cabo que conduz os sinais de vídeo.

 

Só que desta vez, ao invés de um cabo de rede, é um cabo coaxial. Daí o nome PoC: Power over Coax (Alimentação pelo cabo coaxial)

 

 

A concepção

 

A alimentação PoC foi introduzida no padrão HDcctv na sua versão 3.0, com a intenção de ser necessário passar apenas um cabo coaxial entre o DVR e a câmera que, além do sinal de vídeo propriamente dito, também conduz:

 

- Sinais de comando e controle para a câmera (UTC: Up the Coax), similar ao padrão Pelco Coaxitron das câmeras PTZ, que já estava disponível no padrão HDcctv 2.0;

 

- Alimentação para a câmera (PoC: Power over Coax);

 

- Áudio bidirecional.

 

Como funciona a alimentação PoC?

 

Copiando o padrão PoE, o padrão PoC também envia 48 VDC para as câmeras, porém trafegando junto com os sinais de vídeo no mesmo (e único) cabo coaxial que conecta as câmeras ao DVR.

 

 

Um sinal de vídeo padrão, em condições ideais de iluminação, tem uma amplitude de 1 Vpp (Volt pico-a-pico) em relação a tensão de referência de 0 Volts.

 

 

Quando à esse sinal é adicionada a alimentação PoC, ele passa a ter uma amplitude de 1 Vpp em relação a tensão DC de 48 Volts.

 

Como essa tensão de 48 Volts não queima a saída de vídeo da câmera nem a entrada de vídeo do DVR?

 

Isso não acontece porque os capacitores de 100 nF, em série com a saída de vídeo da câmera (Tx) e a entrada de vídeo do DVR (Rx), agem como uma barreira para tensões DC, impedindo que seja jogada a tensão de 48 VDC na saída de vídeo da câmera e deixando passar apenas o sinal de vídeo para a entrada do DVR.

 

Como o sinal de vídeo não 'suja' a tensão de alimentação, o que poderia causar interferência na imagem?

 

O indutor L2  bloqueia os sinais de vídeo deixando passar apenas a tensão DC para a entrada de alimentação da câmera e o indutor L1 ajuda a misturar a tensão de alimentação na saída da fonte com o sinal de vídeo.

 

Maior flexibilidade do PoC

 

A grande vantagem do padrão PoC em relação ao PoE é que ele não precisa lidar com a distância máxima, de 90 metros, inerente à rede LAN, nem com a bitola fixa de 24 AWG dos cabos de rede pois, como existem várias bitolas de cabos coaxiais, como  RG59 mini (4mm), RG59, RG6 e RG11, fora outros cabos coaxiais específicos para CFTV, a distância máxima que a alimentação PoC pode alcançar vai depender:

 

- Da corrente de consumo da câmera;

 

- Da bitola do cabo coaxial;

 

- Da qualidade do cabo coaxial.

 

Qualquer tipo cabo coaxial serve para a alimentação PoC?

 

Se com o advento das câmeras HD analógicas tornou-se importante utilizar cabos coaxiais de boa qualidade, agora com a  alimentação PoC essa necessidade se tornou ainda maior pois, além do sinal de vídeo, os cabos coaxiais também têm que transportar a corrente elétrica que irá alimentar as câmeras.

 

Daí a necessidade ainda maior de cabos de cobre puro, conectores BNC de boa qualidade e uma boa junção entre o cabo coaxial e o conector.

 

Para a alimentação PoC, não existe mais espaço para cabos coaxiais de aço ou alumínio cobreado ou flexíveis; os cabos têm que ser de cobre puro, pois uma corrente elétrica irá passar por eles.

 

Para se ter uma ideia da diferença, veja a condutividade de cada material em S.m/mm2:

 

Cobre puro:  61,7

 

Alumínio: 34,2

 

Aço: 10,2

 

Para entender melhor, não se preocupe com a unidade de medida, mas com as proporções:

 

- A condutividade do alumínio é 56% da condutividade do cobre;

 

- A condutividade do aço é 16,5 % da condutividade do cobre.

 

Como nos cabos cobreados a maior quantidade de material é o aço ou o alumínio, já que a camada de cobre é muito fina, apenas superficial, pode -se dizer que, para cabos coaxiais de mesma bitola, porém de diferentes materiais:

 

- Se uma determinada câmera consegue ser alimentada a até 100 metros de distância com um cabo coaxial de cobre puro;

 

- Essa mesma câmera, se alimentada com um cabo de alumínio cobreado, poderia ficar à  no máximo 56 metros do DVR;

 

- E se o cabo coaxial for de aço cobreado, à apenas 16 metros do DVR!

 

Então está provado que o tipo de cabo, sua qualidade e bitola fazem, sim, muita diferença para a alimentação PoC!

 

Para os cálculos acima não foram considerados  os conectores BNC, apenas o cabo coaxial.

 

Porém, é importante lembrar que se a conexão entre o cabo coaxial e o conector não for perfeita, ela irá apresentar uma resistência que, mesmo sendo muito pequena, irá causar uma queda de tensão na alimentação e consequente diminuição do alcance máximo da alimentação PoC.

 

Como calcular o alcance da alimentação PoC?

 

A vantagem de se utilizar alimentação PoC na área de segurança é grande, pois não é mais preciso saber dimensionar corretamente o cabeamento separado que levaria a alimentação para as câmeras HD analógicas, nem dimensionar a fonte de alimentação, já que a alimentação será feita pelo DVR e enviada pelo cabo coaxial.

 

Porém, tem sido divulgado, equivocadamente, que o padrão PoC pode alimentar uma câmera à até 200 m de distância, não importando o tipo de cabo.

 

Mas não é tão simples assim.

 

Vimos no item anterior que o alcance da alimentação PoC vai depender:

 

- Da bitola do cabo;

 

- Da qualidade do cabo (material de que é feito, etc);

 

- Da qualidade dos conectores, que devem ser do tipo de compressão ou, no mínimo, de solda.

 

- Da qualidade da conexão entre cabo e conector;

 

- Da corrente de consumo da câmera.

 

 

Os testes que fiz

 

Quando a Hikvision lançou sua primeira câmera com PoC, a Beta Cavi logo me pediu que testasse o alcance da alimentação PoC com seus cabos. Os resultados dos testes podem ser vistos aqui.

 

Como se pode ver na tabela de alcance do link acima, consegui alimentar uma câmera PoC conectada à um DVR PoC por um cabo Beta Cavi HD 4 à 700 m de distância!

 

Esses testes foram feitos em um local iluminado, ou seja, com o canhão de IR desligado.

 

Nessas condições, uma câmera HD analógica consome cerca de 1,2 Watts.

 

Imagino que agora você deve estar estar se perguntando:

 

- Porque não fiz o teste com o canhão de IR ligado, já que devemos sempre dimensionar o cabeamento com a câmera no seu consumo máximo de energia?

 

- Que adianta um alcance de 700 m na alimentação PoC, se o alcance máximo do sinal de vídeo HD analógico, para esse mesmo cabo, não passa de 280 metros? (ver tabela de alcance)

 

Resposta:

 

Fiz o teste com a câmera no consumo típico porque cada câmera tem um um consumo máximo de energia diferente.

 

Tendo a informação da distância alcançada com um determinado valor de consumo de energia, no caso, 700 m para 1,2 Watts, fica fácil calcular o alcance para qualquer câmera com o tipo de cabo testado.

 

Basta dividir o consumo máximo pelo consumo típico e dividir o alcance de 700 m pelo resultado obtido.

 

Exemplo:

 

A câmera utilizada nos testes tinha um consumo máximo de 7,5 Watts.

 

Dividindo 7,5 / 1,2 temos 6,25, o que significa que seu consumo máximo é 6,25 vezes maior.

 

Sendo assim, o alcance máximo para essa câmera será de 700 / 6,25 = 112 metros

 

 

Como estimar o alcance para outros tipos de cabo?

 

Quando mencionei que o cabo coaxial deveria ser de cobre puro e, preferivelmente formado por um único fio rígido, estava me referindo apenas ao condutor central pois, diferente do cabo LAN, onde ambos os condutores de cada par são idênticos, o cabo coaxial é formado por dois tipos diferentes de condutores: Um condutor central cercado por uma blindagem metálica.

 

Essa blindagem pode ser formada por uma malha de cobre puro, cuja densidade pode variar de 65 a 95%, dependendo do trançamento, ou então por uma fita de alumínio envolta por uma malha formada por uma liga de materiais condutores que não reajam quimicamente com a fita de alumínio, oferecendo assim uma blindagem de 100 % ao sinal que trafega pelo condutor central.

 

Então, obviamente, a resistência elétrica do condutor central é diferente da resistência elétrica da malha.

 

Como  a  corrente de alimentação irá circular pelo condutor central até a câmera e retornar pela malha do cabo coaxial, ela percorrerá caminhos com resistência elétrica diferente.

 

Sendo assim, podemos dizer que o caminho que a corrente percorre é:

 

 

Sendo I a corrente; Rc, a resistência do condutor central e Rm, a resistência da malha.

 

Portanto, a resistência total que a corrente tem que percorrer é Rt = Rc + Rm

 

Para 100 m do cabo Beta Cavi HD 4, os valores medidos foram:

 

Rc = 13 ohms / 100 m

 

Rm = 4,2 ohms / 100 m

 

Portanto, para o cabo Beta Cavi HD 4 a resistência total a ser percorrida é Rt = 17,2 ohms / 100 m

 

Tendo esses dados em mãos, basta medir com um multímetro a resistência do condutor central e da malha do cabo que se deseja  utilizar, somar as duas e dividir pelo valor da Rt do cabo HD 4 da Beta Cavi.

 

Exemplo: Analisando o cabo coaxial daquele cabo 4 mm flexível bipolar, de péssima qualidade, mas que ainda assim é o preferido dos instaladores:

 

A resistência do condutor central, que não é de cobre puro, Rc = 18 ohms / 100 m

 

A resistência da malha, Rm = 8 ohms / 100 m

 

Portanto a resistência total, Rt = 26 ohms / 100 m

 

Dividindo 17,2 / 26, temos 0,68, ou seja, esse cabo é  68 % menos eficiente que o HD 4 para enviar alimentação PoC.

 

Sendo assim, se fosse usado para levar alimentação PoC para a câmera mencionada acima, que consome 7,5 Watts e teve um alcance de 112 metros, com esse cabo o alcance seria de apenas 112 x 0,68 =  76 metros!

 

Finalizando, sabemos que:

 

Com o cabo HD 4, que tem uma resistência total de 17,2 ohms / 100m, uma câmera que consome 1,2 Watts poderá ser alimentada  via PoC a até 700 metros.

 

Com esse 3 parâmetros, dá para se calcular, aproximadamente, o alcance PoC de qualquer câmera com qualquer tipo de cabo, bastando medir a resistência do condutor central e da malha para 100 m de cabo..

 

DVRs PoC

 

Em um sistema PoC, além das câmeras serem PoC compatíveis, os DVRs também precisam ser PoC, ou seja, sua fonte de alimentação deverá ser capaz de fornecer os 48 VDC em cada entrada BNC.

 

Por exemplo um DVR PoC de 16 canais que tenha um consumo interno de 30 Watts e seja capaz de alimentar 16 câmeras de até 10 Watts de consumo cada, irá precisar de uma fonte de 190  Watts, ou seja, uma fonte de 48 Volts, 4 Amperes.

 

Normalmente DVRs PoC aceitam câmeras não PoC, pois eles possuem o sistema auto detect (detecção automática). Se uma câmera, mesmo sendo PoC, for alimentada por uma fonte externa, o DVR não enviará a tensão de 48 VDC naquela entrada BNC.

 

Conclusão

 

Certamente a alimentação PoC facilita a instalação e diminui o custo da infraestrutura, já que os eletrodutos não precisarão acomodar também os cabos de alimentação e não serão necessárias fontes externas.

 

E a grande vantagem para o instalador é que, ao contrário do que acontece com as câmeras IP PoE,  ainda é necessário algum cálculo para a escolha correta dos cabos e conectores mais adequados para cada caso, tornando essa tecnologia não tão acessível ao cliente final.

 

Abr/2018

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