Cum să mențineți în mod fiabil alimentarea cu energie a sistemelor de securitate, siguranță și comunicații

La nivelul lor de bază, complexele de automatizare rezidențiale, comerciale și industriale trebuie să includă o gamă largă de sisteme de securitate, siguranță și comunicații de urgență pentru cerințele de asigurare și codurile locale de construcție, precum și pentru a primi un certificat de ocupare. Un factor comun al acestor sisteme este faptul că toate au nevoie de o sursă de alimentare cu curent alternativ pentru a produce energie de funcționare de joasă tensiune în curent continuu și toate au nevoie de un sistem de rezervă cu baterii de înaltă fiabilitate.

Cu toate acestea, furnizarea doar a unei alimentări de bază AC-DC și de rezervă nu este suficientă pentru clădirile și standardele moderne. Un sistem cuprinzător, aprobat prin cod, are nevoie de diverse indicații de alarmă neechivoce, furnizate prin intermediul unor întrerupătoare pentru a semnala condiții de defecțiune interne și externe specifice. În plus, sistemele din clădirile inteligente de astăzi trebuie să suporte diferite moduri de conectivitate - precum și flexibilitate în ceea ce privește montarea fizică și modurile de funcționare - pentru a răspunde nevoilor diferitelor instalații, tipuri de baterii și alte variabile.

Este posibil să se reunească ceea ce este necesar pentru alimentarea cu energie AC-DC sau DC-DC, reîncărcarea și gestionarea bateriei, precum și supravegherea, gestionarea și controlul alarmelor sistemului, utilizând subsisteme disparate. Rezultatul poate fi un design complet optimizat pentru aplicație. Dar cu ce costuri? Acest proces necesită mult timp, este costisitor și distrage atenția de la aplicația principală. Proiectul trebuie, de asemenea, să fie certificat de autoritățile de reglementare corespunzătoare, ceea ce sporește costurile și timpul de proiectare.

O alternativă este utilizarea unei surse de alimentare integrate, "all-in-one", care îndeplinește cerințele de performanță de bază, evitând în același timp inconvenientele legate de proiectarea de la zero.

Acest articol analizează cerințele sistemelor de alimentare pentru automatizarea clădirilor înainte de a prezenta soluțiile integrate de alimentare cu energie electrică de la MEAN WELL. Articolul va analiza caracteristicile și aplicațiile acestor subsisteme de putere sofisticate și inteligente și modul în care acestea oferă o integrare funcțională perfectă, precum și flexibilitate și programabilitate a parametrilor.

Noi cerințe pentru sistemele de gestionare a clădirilor și pentru sistemele de energie de securitate

Subsistemul de alimentare a unei clădiri comerciale sau a unei clădiri rezidențiale mari trebuie să susțină multe funcții, unele necesare pentru o funcționare eficientă, iar altele obligatorii pentru siguranță și securitate. Printre funcțiile care necesită suport pentru șina de alimentare se numără:

• Alarme și sisteme de securitate la incendiu
• Echipamente de comunicații de urgență
• Iluminat de urgență (în caz de incendiu sau altă pană de curent)
• Sisteme de control al accesului în clădiri
• Sistem central de alarmă de incendiu și de monitorizare a securității

În funcție de dimensiunea clădirii, subsistemul de alimentare trebuie să susțină funcțiile critice la mai multe etaje și să fie bidirecțional, cu linia principală de curent alternativ (sau de curent continuu) care încarcă bateria atunci când această opțiune este disponibilă, iar bateria susține diferitele sarcini și subsisteme dacă linia principală nu este disponibilă (figura 1).

Figura 1: În multe instalații, un subsistem de alimentare trebuie să susțină nevoile mai multor etaje, reușind în același timp să încarce o baterie și să o descarce atunci când se întrerupe alimentarea primară. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Un aspect important este încărcarea și gestionarea bateriei de rezervă, care trebuie să fie supravegheată în mod corespunzător pentru rolul său critic de sistem de alimentare neîntreruptă (UPS). Nu există o singură abordare optimă în acest caz, deoarece sunt utilizate pe scară largă baterii cu capacități electrice și tipuri diferite, inclusiv baterii cu litiu și cu plumb-acid, fiecare cu propriile instrucțiuni de încărcare/descărcare.

În plus, există multe standarde și mandate ale codurilor de construcție care trebuie îndeplinite în plus față de cele mai convenționale pentru orice sursă AC-DC sau DC-DC. Datorită creșterii numărului de arhitecturi avansate ale clădirilor, împreună cu recunoașterea a ceea ce poate face tehnologia în clădirile inteligente, agențiile din Europa, SUA și China au promulgat reglementări de siguranță pentru sistemele de securitate și de incendiu, inclusiv:

• Comitetul European de Standardizare (CEN) EN 54-4: Sisteme de detecție și alarmă de incendiu, Partea 4: Echipament de alimentare (standard britanic. BS EN. 54-4).
• Statele Unite ale Americii: UL2524: Standard ANSI/CAN/UL pentru sisteme de îmbunătățire a comunicațiilor radio de urgență bidirecționale în clădiri.
• Statele Unite ale Americii: National Fire Protection Association NFPA 1221: Standard pentru instalarea, întreținerea și utilizarea sistemelor de comunicații pentru serviciile de urgență.
• China: GB 17945-2010: Sistemul de iluminat de urgență în caz de incendiu și sistemul de indicare a evacuării.

În plus, există mandatele obișnuite de siguranță de bază pentru curent alternativ, împreună cu standardele pentru emisiile de compatibilitate electromagnetică (EMC) (emisii prin conducție, radiație, curent armonic și flicker de tensiune definite de EN55032 (CISPR32) și N61000-3-2, precum și pentru imunitatea EMC (descărcare electrostatică (ESD), radiație, explozie electrică tranzitorie rapidă (EFT), supratensiune, conducție și câmp magnetic) conform EN61000-4.

Dacă punem toate aceste cerințe împreună, înseamnă că o sursă de alimentare (PSU) este mai mult decât o simplă sursă AC-DC sau DC-DC. Acesta trebuie să furnizeze, să supravegheze, să gestioneze și să sprijine mai multe funcții cu un grad ridicat de fiabilitate și performanță (figura 2).

Figura 2: O sursă de alimentare modernă are două roluri principale: furnizarea de curent continuu de joasă tensiune către diverse sarcini și, în același timp, asigurarea unei gestionări de înaltă performanță a bateriei. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Ambalarea și montarea sunt, de asemenea, importante

Dimensiunea fizică, intervalul de temperatură de funcționare, răcirea și considerentele legate de montaj sunt, de asemenea, factori importanți pentru sursele de alimentare. Aceste unități sunt de obicei amplasate într-un dulap de utilități, adesea cu spațiu și răcire limitate. Pe lângă sursa de alimentare și baterie, acest dulap poate găzdui, de asemenea, echipamente de date și telecomunicații pentru clădire, cum ar fi switch-uri și routere, astfel încât spațiul este limitat, iar confortul de montare pe raft este o caracteristică atractivă.

Sursele de alimentare integrate răspund cerințelor de gestionare a energiei din clădiri

Pentru a răspunde nevoilor de performanță, factor de formă, montaj și simplificare a proiectanților de automatizare a clădirilor, MEAN WELL dispune de DRS-240-12, o unitate all-in-one de 12 volți/20 amperi (A), 240 de wați, precum și de un frate mai mare, DRS-480-24, o unitate de 24 de volți/20 A, 480 de wați. Alte unități din seria DRS-240 oferă diferite combinații de tensiune/curent: 24 volți/10 A, 36 volți/6,6 A și 48 volți/5 A; pentru seria DRS-480, combinațiile disponibile sunt 36 volți/13,3 A și 48 volți/10 A.

În ceea ce privește problema amplasării și a montării, unitățile DRS-240 și DRS-480 rezolvă acest aspect prin montarea directă pe șine DIN standard din industrie, de tip TS-35/7,5 sau 15, utilizate pe scară largă. Acest lucru simplifică montarea și permite montarea cu ușurință a altor sisteme și a carcaselor acestora alături. În plus, un design pe șină DIN înseamnă că toate conexiunile, indicatorii și afișajele sunt în față, fără a fi nevoie de un panou posterior sau chiar de acces lateral. Acest lucru reprezintă un avantaj în planificarea cablării, instalarea, configurarea, testarea și recablarea, dacă este necesar.

Spațiul disponibil este foarte limitat în aceste dulapuri, astfel încât este important un factor de formă compact al sursei de alimentare. Unitățile DRS-240 au doar 86 × 125 × 129 milimetri (mm) (lățime × înălțime × adâncime), în timp ce unitățile DRS-480 au 110 × 125 × 151 mm (figura 3).

Figura 3: Unitățile DRS de 240 de wați (stânga) și 480 de wați (dreapta) au un factor de formă compact și se montează pe o șină DIN standard; unitatea de 480 de wați este puțin mai mare. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Condițiile de mediu din aceste dulapuri și dulapuri reprezintă, de asemenea, o provocare pentru performanța pe termen scurt și lung. Toți membrii familiilor DRS au o temperatură nominală de -30 până la +70˚C și o umiditate relativă (RH) de 20 până la 90% fără condensare, cu răcire prin convecție în aer liber. Fiabilitatea este calculată la 564,7 mii de ore (minim) conform Telcordia SR-332 (Bellcore) și la 73,3 mii de ore minim conform MIL-HDBK-217F (la 25˚C) pentru unitățile DRS-240; cifrele corespunzătoare pentru unitățile DRS-480 sunt doar puțin mai mici.

Intrarea de alimentare de linie duce la ieșirea de gestionare a curentului continuu și a bateriei

Având în vedere variațiile rețelei și dorința de a avea aplicabilitate la nivel mondial și de a facilita instalarea, intervalul de putere de intrare este, de asemenea, important. Aceste surse de alimentare sunt specificate pentru 90 până la 305 volți AC și 127 până la 431 volți DC. Multe dintre funcțiile din cadrul acestor unități sunt dedicate încărcării, descărcării, indicării stării și gestionării generale a bateriei (figura 4).

Figura 4: Schema bloc a unităților de alimentare DRS arată sofisticarea internă a acestora și cantitatea de circuite dedicate gestionării bateriei, încărcării/descărcării, indicatoarelor și protecției. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Curba de încărcare în două/trei trepte și setarea curentului de încărcare (între 20%～100%) pot fi reglate manual prin intermediul unui comutator DIP de pe panoul frontal. Curentul maxim disponibil pentru încărcarea bateriei depinde de curentul maxim de ieșire disponibil pentru modelul DRS specific. Algoritmul de încărcare a bateriei este dependent de sarcină, iar flexibilitatea parametrilor de încărcare permite DRS-240/480 să gestioneze în mod optim o varietate de baterii cu plumb-acid și litiu.

Datorită importanței funcției de baterie, sistemul include, de asemenea, indicatori pentru baterie descărcată și protecție împotriva conexiunii inverse. Aceste și alte caracteristici se combină pentru a oferi un subsistem de baterii robust și fiabil, care poate fi încărcat de la rețeaua electrică, dar care poate, de asemenea, să comute și să livreze puterea nominală în 10 milisecunde atunci când rețeaua electrică nu este disponibilă.

Vor apărea defecțiuni și probleme

Este inevitabil că vor exista condiții interne sau externe care afectează capacitatea unui PSU de a asigura toate funcțiile specificate. Din acest motiv, unitățile DRS includ indicații de stare pentru condiții precum scurtcircuitele, suprasarcinile, supratensiunea și supratemperatura, pe lângă indicatorii de baterie descărcată și de conectare inversă deja menționați.

De asemenea, sunt importanți și indicatorii de stare tangibili ai condițiilor cheie de funcționare, cum ar fi defecțiune de curent alternativ, curent continuu OK, baterie descărcată, defecțiune a încărcătorului și curent continuu OK, care sunt furnizate de LED-uri și relee de formă C (Figura 5). Releele de formă C sunt marcate în mod clar și oferă o închidere de contact "uscată", care este utilizată (și impusă, în unele cazuri) din mai multe motive.

Figura 5: Panoul frontal este tot ceea ce vede utilizatorul pentru conexiunile de alimentare, indicatoarele și contactele releului. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Aceste închideri de contact sunt lipsite de ambiguitate și oferă mai multe avantaje. Acestea sunt utilizate de mult timp în aplicație și, prin urmare, sunt compatibile și ușor de integrat atât cu sistemele și componentele vechi, cât și cu cele noi (chiar și cu elemente de bază, cum ar fi o lumină intermitentă externă și un clopot); sunt foarte fiabile și robuste; iar închiderea unui comutator este cea mai clară indicație pe care o poate oferi un sistem, în special dacă există probleme de alimentare care pot afecta funcționarea interfețelor care sunt mai "electronice", cum ar fi ieșirile cu colector deschis sau chiar relee cu semiconductori (SSR).

Comunicațiile sunt, de asemenea, obligatorii

Un PSU modern trebuie să ofere, de asemenea, conectivitate de rețea pentru gestionarea, configurarea și raportarea la nivel înalt. Familiile DRS standard de unități de alimentare suportă legături Modbus, cu o opțiune de autobuz CAN, care poate fi, de asemenea, utilizată cu o unitate de programare inteligentă disponibilă. Acest programator este utilizat pentru setarea externă a parametrilor asociați cu curbele și modurile de încărcare a bateriei, cum ar fi curentul constant (CC), curentul conic (TC), tensiunea constantă (CV) și tensiunea flotantă (FV), pentru a se adapta la numeroasele tipuri diferite de baterii utilizate în industrie (Figura 6).

Figura 6: Cu ajutorul programatorului bazat pe Modbus, un utilizator poate seta numeroasele specificații de încărcare a bateriei pentru a se potrivi în mod optim cu dimensiunea și tipul bateriei. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Deși familiile DRS de unități de alimentare oferă multe funcții și caracteristici, conectarea lor efectivă este destul de simplă. Acesta este un beneficiu important și o preferință în instalațiile practice, mai ales că aceste unități sunt adesea utilizate timp de mulți ani (figura 7).

Figura 7: Complexitatea și sofisticarea internă a familiilor de surse de alimentare DRS sunt invizibile pentru utilizator, care trebuie să se ocupe doar de câteva conexiuni și indicatori de pe panoul frontal. (Sursa imaginii: MEAN WELL)

Concluzie

Sursele de alimentare, cum ar fi cele din familiile MEAN WELL DRS-240 și DRS-480, oferă mai mult decât conversia de bază AC-DC sau DC-DC. Acestea reprezintă o soluție aprobată de gestionare a energiei electrice pentru sistemele de siguranță împotriva incendiilor și de securitate a clădirilor, inclusiv pentru echipamentele de comunicații de urgență. După cum se arată, prin integrarea tuturor funcțiilor necesare într-un pachet mic, eficient, fiabil, ușor de montat și conectat pe șină DIN, sursele DRS simplifică documentația, instalarea și operarea, oferind în același timp funcționalitatea, caracteristicile și performanța necesare pentru a respecta o serie de coduri de reglementare.

Conținut asociat

1. "Utilizați surse modulare de alimentare AC/DC cu mai multe ieșiri pentru flexibilitate și configurabilitate"
2. "Modul în care șina DIN simplă rezolvă problema modularității, flexibilității și comodității în sistemele industriale"