Lightning Protection Solution for PoE Camera

1. Giới thiệu

Trong bài viết tổng quan về giải pháp chống sét cho hệ thống camera an ninh, chúng tôi đã làm rõ vì sao giông sét là mối nguy hiểm lớn đối với hệ thống giám sát. Tiếp nối chuỗi bài viết này là phương án dành riêng cho Camera PoE – dòng camera ngày càng phổ biến nhờ tính tiện lợi, nhưng cũng dễ bị tổn thương khi sét lan truyền qua cùng một sợi cáp mạng vừa truyền dữ liệu, vừa cấp nguồn.

Chỉ một cú phóng điện cũng có thể làm hỏng đồng thời cả nguồn và dữ liệu, dẫn đến tê liệt toàn bộ hệ thống. Do đó, việc triển khai chống sét cho Camera PoE là yêu cầu bắt buộc để hệ thống vận hành bền vững.

2. Hệ thống Camera PoE và đặc điểm riêng biệt

1. Hệ thống Camera PoE là gì?

Camera PoE là dạng camera IP sử dụng công nghệ Power over Ethernet, cho phép cấp nguồn và truyền dữ liệu đồng thời trên một dây mạng Ethernet. Ưu điểm lớn nhất là giảm thiểu dây dẫn, thi công nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.

Camera PoE được triển khai rộng rãi trong: Gia đình, cửa hàng, văn phòng; Nhà máy, kho bãi, khu công nghiệp; Tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, chung cư; Giao thông, đô thị thông minh, khu vực công cộng.

tham khảo : Công nghệ Ethernet PoE - Tiêu chuẩn, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng

2. Thành phần của hệ thống camera

• Camera PoE: ghi hình, nhận nguồn và dữ liệu qua cổng RJ45.
• Switch PoE: vừa cấp nguồn, vừa truyền dữ liệu cho camera.
• NVR (Network Video Recorder): lưu trữ, quản lý hình ảnh.
• Router / mạng LAN – WAN: cho phép truy cập từ xa.
• Cáp Ethernet (Cat5e, Cat6, Cat6A): đồng thời dẫn nguồn và dữ liệu.
• Tủ camera phụ (nếu có): chứa switch PoE, bộ nguồn, SPD.

3. Điểm yếu dễ bị hư hỏng do sét

• Cáp mạng kéo dài ngoài trời: hoạt động như “ăng-ten” thu sét, dẫn xung điện lan truyền vào hệ thống.
• Nguồn và dữ liệu chung một đường: chỉ cần một xung sét, cả camera và switch có thể hỏng đồng loạt.
• Switch PoE trung tâm: là điểm tập trung, nếu bị sự cố sẽ làm gián đoạn toàn bộ hệ thống.
• Camera ngoài trời: thường gắn trên trụ hoặc tường cao, chịu ảnh hưởng trực tiếp hoặc cảm ứng từ giông sét.

► Đây chính là cơ sở để chúng ta xây dựng giải pháp chống sét phù hợp, theo từng lớp bảo vệ.

3. Chống sét bảo vệ cho hệ thống Camera PoE

1. Nguyên lý chung

Để bảo vệ an toàn cho hệ thống Camera PoE, cần hiểu rõ cơ chế xâm nhập của giông sét và nguyên lý phòng chống cơ bản:

• Sét đánh trực tiếp: có thể gây hư hỏng vật lý cho camera ngoài trời hoặc làm cháy nổ thiết bị nếu không có biện pháp che chắn, cột thu lôi và tiếp đất thích hợp.
• Sét lan truyền theo đường dây (Surge): thường gặp nhất, khi xung điện áp cao theo đường nguồn hoặc đường cáp mạng xâm nhập, gây cháy mạch điện tử của camera, switch, NVR.
• Cảm ứng điện từ (EMI/EMP): khi sét đánh gần, tạo trường điện từ cảm ứng vào dây dẫn, sinh ra điện áp đột biến.

Từ đó, giải pháp chống sét cần dựa trên các nguyên lý chung:

• Hạn chế sét đánh trúng thiết bị: bằng cách lắp các kim thu lôi hoặc phân tán điện tích
• Ngăn chặn và triệt tiêu xung sét lan truyền: bằng cách lắp đặt các thiết bị chống sét (SPD) tại điểm đầu vào nguồn và tín hiệu.
• Phân tầng bảo vệ (multi-layer protection): triển khai SPD nhiều lớp – từ trung tâm đến tủ ngoài hiện trường và tận camera – để giảm dần năng lượng sóng sét.
• Thoát sét an toàn qua tiếp đất: mọi SPD cần được nối đất tốt, đồng thời liên kết đẳng thế giữa các thiết bị để tránh chênh lệch điện áp phá hỏng mạch.
• Bảo vệ cả phần cứng và dữ liệu: ngoài chống hư hỏng, cần đảm bảo hệ thống giám sát không bị gián đoạn, dữ liệu lưu trữ không bị mất.
• Bảo trì và kiểm tra định kỳ: SPD có tuổi thọ giới hạn; cần kiểm tra trạng thái chỉ thị và thay thế khi cần thiết.

2. Yêu cầu về chọn sản phẩm

Để SPD bảo vệ hiệu quả mà không ảnh hưởng đến hoạt động của camera, cần tuân thủ các nguyên tắc tối thiểu sau:

SPD đường nguồn

• Đúng cấp bảo vệ: Type 1+2 cho tủ điện tổng, Type 2+3 cho tủ phân phối hoặc tủ hiện trường.
• Điện áp làm việc: phù hợp với điện áp hệ thống (230Vac).
• Khả năng cắt xung: In ≥ 10 kA, Imax ≥ 20 kA, Iimp ≥ 10 kA cho nguồn AC.
• Chứng nhận: SPD phải đạt IEC 61643 hoặc UL 1449.

SPD đường tín hiệu

• Băng thông & tốc độ: hỗ trợ Gigabit Ethernet.
• Chuẩn PoE: tương thích IEEE 802.3af/at/bt, không gây suy giảm công suất cấp nguồn.
• Suy hao chèn (Insertion loss): thấp, thường <1 dB để đảm bảo chất lượng hình ảnh.
• Đáp ứng tần số trên 250MHz
• Chứng nhận: SPD đạt IEC 61643-21 hoặc UL 497B.

Yêu cầu về tiếp đất

• SPD chỉ phát huy hiệu quả khi nối vào hệ tiếp đất có điện trở ≤ 10 Ω (tốt hơn ≤ 4 Ω).
• Tất cả SPD (AC, DC, Ethernet) cần nối về chung một hệ thống tiếp đất để tránh chênh lệch điện áp.

3. Giải pháp chung cho cả hệ thống

Giông sét có thể tác động đến hệ thống Camera PoE qua nhiều hướng: từ các cú sét đánh trực tiếp vào cột camera, từ lưới điện xoay chiều, qua đường cáp mạng Ethernet kiêm cấp nguồn, và cả sự chênh lệch điện áp trong hệ thống tiếp đất. Vì vậy, cần có các giải pháp chống sét toàn diện từ các hướng và ở các vị trị khu vực như Trung tâm giám sát, tủ camera, các camera trong nhà và ngoài trời.

Sơ đồ chống sét cho hệ thống camera PoE sử dụng cáp quang và cáp đồng xoắn

4. Bảo vệ cho Trung tâm giám sát

Trung tâm Camera giám sát là nơi quản lý toàn bộ hệ thống camera, bao gồm lưu trữ dữ liệu và điều khiển giám sát. Ở trung tâm chưa nhiều thiết bị quan trọng như: Tủ điện trung tâm, switch PoE chính, NVR (Network Video Recorder), server, router, màn hình giám sát.

Nguy cơ bị ảnh hưởng bởi sét lan truyền từ lưới điện và từ dây nguồn, dây mạng kéo ngoài trời. Nếu hỏng tại đây, toàn bộ hệ thống ngừng hoạt động. Các thiết bị thường bị hỏng là switch POE, đầu ghi, tivi và máy tính. Do vậy, phương án đề xuất gồm:

SPD bảo vệ đường Nguồn AC

Có thể chọn các tủ cắt lọc sét sau phù hợp với nguồn cấp cho trung tâm:

• PDS254G-53VG-63A: Tủ cắt lọc 3P-63A cho trung tâm lớn
• PDS251-52VG-63A: Tủ cắt lọc 1P-63A cho trung tâm vừa
• PDS251-52VG-32A: Tủ cắt lọc 1P-32A cho trung tâm nhỏ
• DACN1-25CVGS-31-275 / DAC1-13VG-20-275: Bảo vệ 3P / 1P không phụ thuộc dòng tải

SPD bảo vệ đường mạng

Chọn thiết bị chống sét đường dữ liệu bảo vệ tại các port của switch hoặc NVR, hỗ trợ Gigabit + chuẩn IEEE 802.3af/at/bt.

• ATLAN 24 POE: Bảo vệ 24 đường PoE tốc độ cao gắn trên Rack
• MJ8-POE-C6A: Bảo vệ 24 đường PoE tốc độ 10Gb, có thể lắp đặt rời hoặc gắn trên khay cho tủ Rack
• MJ8-C6A: Bảo vệ 24 đường mạng 10Gb kết nối đầu ghi, máy tính

5. Bảo vệ tủ camera khu vực

Các tủ camera khu vực (hay tủ nhánh / phụ) được lắp đặt ở các ví trí xa trung tâm, có chức năng làm trung gian để cấp nguồn và kết nối dữ liệu cho một hoặc nhiều camera trong một khu vực nhất định. Trong tủ thường chứa các thiết bị điện tử như: Switch PoE cấp nguồn, bộ nguồn/UPS mini, bộ chuyển đổi quang điện, bộ chia mạng và các thiết bị phụ trợ khác.

Nguy cơ: Dễ bị ảnh hưởng bởi sét đánh vào đường dây kết nối từ lưới điện địa phương, đường nguồn từ trung tâm, từ cáp mạng ngoài trời đi vào, dẫn đến hư hỏng switch và nguồn làm tê liệt cả khu vực.

SPD lắp đặt cho tủ

• DAC1-13VG-20-275: Lắp SPD Type 1+2+3 tại đầu vào AC nếu tủ ở ngoài trời.
• DAC50VG-20-275: SPD Type 2+3 cho tủ trong nhà
• DDC20CS-20-38 Bảo vệ đường DC nếu tủ được cấp nguồn từ trung tâm
• MJ8-POE-C6A: Chống sét đường PoE 10Gb cho đường mạng từ switch ra Camera / Swich khác.

6. Bảo vệ cho các Camera ngoài trời / trong nhà

Camera là thiết bị cực kỳ quan trọng trong hệ thống giám sát, bên trong chúng là các bo mạch xử lý hình ảnh, cảm biến CMOS/CCD, IR LED, cổng Ethernet RJ45 và các thành phần chuyển động cơ học PTZ. Đây là các thành phần cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi của dòng điện.

Nguy cơ: Dễ bị ảnh hưởng sét trực tiếp và lan truyền do ở khu vực trên cao và trống trãi, các dây nguồn/tín hiệu đi xa hoặc ngoài trời - đặc biệt như các camera giao thông, khu công nghiệp, sân bay, bến cảng .v.v.

SPD chống sét lan truyền cho camera

• CRMJ8-POE-C6A: Dùng cho Camera ngoài trời (vỏ nhôm, 10Gb, 2kA, IP66), treo độc lập ngoài trời, trên cột hoặc tường gần với camera
• MJ8-POE-C6A: Dùng cho camera trong nhà hoặc ngoài trời, lắp trong hộp nối bảo vệ.

Chống sét đánh trực tiếp cho camera

• TS400-SS-24: Kim tán sét cho các cột cao trên 8 mét
• TS100-58-24 Kim phân tán sét cho các cột dưới 8 mét

7. Tiếp đất và liên kết đẳng thế

Hệ thống nối đất sẽ giúp thoát dòng sét an toàn. Toàn bộ SPD, tủ camera, switch, NVR đều cần kết nối vào hệ tiếp đất.

Nguy cơ: Nếu không có tiếp địa thì chức năng SPD sẽ vô nghĩa; nếu không liên kết đẳng thế, chênh lệch điện áp có thể gây phóng hồ quang phá hỏng thiết bị.

Giải pháp: Toàn bộ SPD nối vào hệ tiếp đất chung, điện trở ≤ 10 Ω (tốt hơn ≤ 4 Ω). Tủ và thiết bị phải liên kết đẳng thế đồng bộ.

4. Lợi ích khi triển khai chống sét cho Camera PoE

• Bảo vệ toàn diện: camera, switch, NVR, nguồn.
• Duy trì giám sát liên tục, không gián đoạn.
• Tiết kiệm chi phí sửa chữa/thay thế.
• Tăng tuổi thọ thiết bị, vận hành bền vững.

5. Tổng kết

Camera PoE giúp thi công gọn nhẹ, tiết kiệm chi phí nhưng lại nhạy cảm với giông sét và sự thay đổi các thông số về điện. Giải pháp chống sét cho camera PoE một cách an toàn + hiệu quả là phải đầy đủ (nguồn – tín hiệu – tiếp đất), kết hợp với chọn SPD đúng tiêu chuẩn, và triển khai bảo vệ ở từng vị trí.

Ngoài PoE, nhiều công trình vẫn sử dụng Camera IP thường với nguồn cấp riêng. Trong Bài 3 – Giải pháp chống sét cho Camera IP thường, chúng tôi sẽ phân tích cách bảo vệ cả đường nguồn và đường truyền dữ liệu cho loại hệ thống này.

Tìm hiểu thêm:

• Chống Sét : Tầm Quan Trọng và Giải Pháp Bảo Vệ An Toàn
• Chống Sét Lan Truyền : Giải Pháp Bảo Vệ Thiết Bị Điện Hiệu Quả
• Hệ Thống Chống Sét : Giới thiệu tổng quan và Hướng dẫn lắp đặt