Hur man på ett tillförlitligt sätt upprätthåller strömmen till säkerhets-, skydds- och kommunikationssystem

På en grundnivå måste bostads-, affärs- och industriautomationskomplex innehålla ett mängd säkerhets-, trygghets- och nödkommunikationssystem för att uppfylla försäkringskrav och lokala byggnormer och för att klassas för användning i bostäder. En gemensam faktor för dessa system är att de alla behöver ett växelströmsnät för att producera likström med lägre spänning och att de alla behöver ett mycket tillförlitligt arrangemang med batteribackup.

Det räcker dock inte med att bara tillhandahålla grundläggande AC/DC-ström och energibackup för moderna byggnader och standarder. Ett heltäckande, normgodkänt system behöver flera otvetydiga larmindikationer, som tillhandahålls via strömbrytare för att signalera specifika interna och externa feltillstånd. Dessutom måste systemen i dagens smarta byggnader stödja olika typer av anslutningsmöjligheter - liksom flexibilitet när det gäller fysisk montering och driftssätt - om de ska kunna tillgodose behoven hos olika installationer, batterityper och andra variabler.

Det är möjligt att samla ihop det som behövs för AC/DC- eller DC-DC-ström, batteriladdning och -hantering samt systemövervakning, -hantering och larmkontroll med hjälp av olika delsystem. Resultatet kan bli en helt optimerad konstruktion för tillämpningen. Men till vilket pris? Detta är tidskrävande, kostsamt och distraherar från huvudtillämpningen. Konstruktionen måste också certifieras av lämpliga tillsynsmyndigheter, vilket ökar kostnaderna och konstruktionstiden.

Ett alternativ är att använda ett integrerat allt-i-ett-aggregat som uppfyller de viktigaste prestandakraven och samtidigt undviker nackdelarna med att konstruera allt från grunden.

I denna artikel diskuteras kraven på kraftsystem för fastighetsautomation innan integrerade strömförsörjningar från MEAN WELL presenteras. I artikeln behandlas egenskaperna och tillämpningen av dessa sofistikerade, intelligenta kraftundersystem och hur de erbjuder sömlös funktionell integration tillsammans med flexibilitet och parameterprogrammerbarhet.

Nya krav på kraftsystem för fastighetsförvaltning och säkerhet

Delsystemet för strömförsörjning i ett kommersiellt kontor eller ett stort bostadshus förväntas nu stödja många funktioner, varav vissa behövs för effektiv drift och andra är obligatoriska för säkerhet och trygghet. Bland de funktioner som kräver tillgång till strömförsörjning finns följande:

• Brandlarm och brandsäkerhetssystem
• Utrustning för kommunikation i nödsituationer
• Nödbelysning (på grund av brand eller annat strömavbrott).
• Tillträdessystem i byggnader
• Centralt system för brandlarm och säkerhetsövervakning.

Beroende på byggnadens storlek måste delsystemet stödja kritiska funktioner på flera våningar och vara dubbelriktat, där den primära AC(eller DC)-ledningen laddar batteriet när det alternativet är tillgängligt, och batteriet stödjer de olika lasterna och delsystemen om den primära ledningen inte är tillgänglig (figur 1).

Figur 1: I många installationer måste ett delsystem för strömförsörjning stödja behoven på flera våningar samtidigt som det klarar av att ladda ett batteri och mata ström från det när den primära strömmen inte fungerar. (Bildkälla: MEAN WELL)

En viktig fråga är laddning och hantering av reservbatteriet, som måste övervakas ordentligt för att kunna spela en viktig roll som UPS-system (Uninterruptible Power System). Det finns ingen bästa metod här, eftersom batterier av olika typ med olika elektrisk kapacitet ofta används, inklusive litium- och bly-syrabatterier, var och en med sin egen karakteristik för för laddning och urladdning.

Dessutom finns det många standarder och byggnormer som måste uppfyllas, utöver de mer konventionella standarderna för alla AC/DC- och DC/DC-försörjningar. Till följd av ökningen av avancerade byggnadsarkitekturer och erkännandet av vad tekniken kan göra i smarta byggnader, har myndigheter i Europa, USA och Kina utfärdat säkerhetsföreskrifter för säkerhets- och brandsystem, inklusive:

• Europeiska standardiseringskommittén (CEN) EN 54-4: Branddetekterings- och brandlarmsystem - Del 4: Strömförsörjningsutrustning (British Standard. BS EN. 54-4).
• USA: UL2524: ANSI/CAN/UL Standard for In-building 2-Way Emergency Radio Communication Enhancement Systems.
• USA: National Fire Protection Association NFPA 1221: Standard for the Installation, Maintenance, and Use of Emergency Services Communications Systems.
• Kina: GB 17945-2010: Brandskyddsbelysning och system för indikering av evakuering.

Dessutom finns de vanliga grundläggande kraven på växelströmssäkerhet, tillsammans med standarder för elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) (ledningsbundna och strålade störningar, harmonisk ström och spänningsflimmer enligt EN55032 (CISPR32) och N61000-3-2) och för EMC-immunitet (elektrostatisk urladdning (ESD), strålning, elektriska transienta störningar (EFT), överspänningar, ledningsbundna störningar och magnetfält) enligt EN61000-4.

Alla dessa krav sammantagna innebär att en strömförsörjning är mer än bara en enkel AC/DC- eller DC/DC-försörjning. Den måste tillhandahålla, övervaka, hantera och stödja flera funktioner med en hög grad av tillförlitlighet och prestanda (figur 2).

Figur 2: Ett modernt nätaggregat har två primära roller: att leverera en lägre likspänning till olika laster och samtidigt tillhandahålla en batterihantering med hög prestanda. (Bildkälla: MEAN WELL)

Höljet och monteringen är också viktiga

Fysisk storlek, arbetstemperaturområde, kylning och montering är också viktiga faktorer för nätaggregatet. Dessa enheter är vanligtvis placerade i ett skåp, ofta med begränsat utrymme och begränsad kylning. Förutom nätaggregat och batteri kan detta skåp också innehålla data- och telekommunikationsutrustning för byggnaden, t.ex. switchar och routrar, så utrymmet är begränsat och det är attraktivt att kunna montera i rack.

Integrerade nätaggregat uppfyller kraven på energiförvaltning i byggnader

För att tillgodose kraven på prestanda, dimensioner, montering och designförenkling från konstruktörer av fastighetsautomation har MEAN WELL DRS-240-12, en allt-i-ett-enhet på 12 volt/20 ampere (A) och 240 watt, samt ett större syskon, DRS-480-24, som är en pjäs för 24 volt/20 A och 480 watt. Andra enheter i DRS-240-serien erbjuder olika kombinationer av spänning/ström: För DRS-480-serien är de tillgängliga kombinationerna 36 volt/13,3 A och 48 volt/10 A.

DRS-240- och DRS-480-enheterna löser frågan om placering och montering genom att de monteras direkt på allmänt använda DIN-skenor av typ TS-35/7,5 eller 15 som är standard inom industrin. Detta underlättar monteringen och gör det möjligt att enkelt montera andra system och deras höljen bredvid. Dessutom innebär en konstruktion med DIN-skena att alla anslutningar, indikatorer och avläsningar finns på framsidan, utan behov av åtkomst baktill eller ens på sidan. Detta är en fördel när det gäller planering, installation, konfiguration, testning och omläggning av ledningar vid behov.

I dessa skåp är det ont om utrymme, så det är viktigt med kompakta dimensioner för nätaggregat. DRS-240-enheterna är bara 86 × 125 × 129 millimeter (mm) (bredd × höjd × djup) medan DRS-480-enheterna är 110 × 125 × 151 mm (figur 3).

Figur 3: DRS-enheterna på 240 watt (till vänster) och 480 watt (till höger) har kompakta dimensioner och monteras på en vanlig DIN-skena. 480-watt-enheten är något större. (Bildkälla: MEAN WELL)

Miljöförhållandena i dessa skåp och garderober utgör också en utmaning för prestanda på kort och lång sikt. Alla medlemmar i DRS-familjerna är dimensionerade för -30 till +70˚C och 20 till 90 % relativ fuktighet (RH) utan kondensering med fri konvektionskylning. Tillförlitlig drifttid är beräknad till 564,700 timmar (minimum) enligt Telcordia SR-332 (Bellcore) och 73,300 timmar minimum enligt MIL-HDBK-217F (vid 25 °C) för DRS-240-enheterna; motsvarande siffror för DRS-480-enheterna är bara något lägre.

Nätledningsingången blir till DC- och batteriutgång

Med tanke på nätets variationer och önskan om global tillämpbarhet och enkel installation är det också viktigt med ett intervall för ingångseffekten. Dessa nätaggregat är specificerade för 90 till 305 VAC och 127 till 431 VDC. Många av funktionerna i dessa enheter är avsedda för laddning, urladdning, statusindikering och övergripande hantering av batteriet (figur 4).

Figur 4: Blockdiagrammet för DRS-nätaggregaten visar hur avancerade de är internt och hur många kretsar som är avsedda för batterihantering, laddning/urladdning, indikatorer och skydd. (Bildkälla: MEAN WELL)

Laddningskurvan i två/tre steg och inställningen för laddningsströmmen (från 20 %- 100 %) kan justeras manuellt via en DIP-switch på frontpanelen. Den maximalt tillgängliga batteriladdningsströmmen är en funktion av den maximalt tillgängliga utgångsströmmen från den specifika DRS-modellen. Algoritmen för batteriladdning är lastberoende och laddningsparameterns flexibilitet gör att DRS-240/480 kan hantera en mängd olika bly-syra- och litiumbatterier på ett optimalt sätt.

På grund av batterifunktionens betydelse har systemet även indikatorer för lågt batteri och skydd mot omvänd polaritet på inkopplingen. Dessa och andra egenskaper kombineras för att ge ett robust och tillförlitligt batterisubsystem som kan laddas från elnätet, men som också kan koppla om och leverera sin nominella effekt inom 10 millisekunder när elnätet inte är tillgängligt.

Fel och problem kommer att inträffa.

Det är oundvikligt att det kommer att finnas interna eller externa förhållanden som påverkar ett nätaggregats förmåga att tillhandahålla alla specificerade funktioner. Därför innehåller nätaggregaten statusindikatorer för tillstånd som kortslutning, överbelastning, överspänning och övertemperatur, utöver de redan nämnda indikatorerna för lågt batteri och omvänd polaritet på anslutningen.

Viktigt är också de konkreta statusindikatorerna för de viktigaste driftsförhållandena: AC-bortfall, DC OK, batteri lågt, fel på laddare och DC OK, som indikeras genom lysdioder och Form C-reläer (figur 5). Form C-reläerna är tydligt märkta och erbjuder ett "torrt" kontakthölje som används av flera skäl (och är obligatoriskt i vissa fall).

Figur 5: Frontpanelen är allt användaren ser för strömanslutningar, indikatorer och reläkontakter. (Bildkälla: MEAN WELL)

Dessa kontakthöljen är otvetydiga och har flera fördelar. De har länge använts i denna tillämpning och är därför kompatibla och lätt att integrera med både gamla och nya system och komponenter (även grundläggande saker som en extern blinkande lampa och klocka), de är mycket tillförlitliga och robusta, och en slutning av en strömbrytare är den mest definitiva indikation som ett system kan ge, särskilt om det finns strömförsörjningsproblem som kan påverka funktionen hos gränssnitt som är mer "elektroniska", t.ex. utgångar med öppen kollektor eller till och med fasta reläer (SSR).

Kommunikation är också obligatorisk.

Ett modernt nätaggregat måste också erbjuda nätverksanslutning för styrning, konfigurering och rapportering på hög nivå. DRS-familjens standardaggregat stöder Modbus-länkar, med ett CAN-bussalternativ som också kan användas med en befintlig smart programmeringsenhet. Denna programmerare används för extern inställning av parametrar som är kopplade till batteriets laddningskurvor och -lägen, t.ex. konstant ström (CC), taper-ström (TC), konstant spänning (CV) och flytande spänning (FV), för att tillgodose de många olika batterityper som används i branschen (figur 6).

Figur 6: Med hjälp av den Modbus-baserade programmeraren kan användaren ställa in de många specifika egenskaperna för batteriladdning så de matchar batteriets storlek och typ optimalt. (Bildkälla: MEAN WELL)

Även om DRS-familjerna av nätaggregat erbjuder många funktioner och egenskaper är deras faktiska anslutning ganska enkel. Detta är en viktig fördel och ett föredöme i praktiska installationer, särskilt eftersom dessa enheter ofta används i många år (figur 7).

Figur 7: Den interna komplexiteten och sofistikationen hos DRS-familjerna av nätaggregat är osynlig för användaren, som bara behöver hantera ett fåtal anslutningar och indikatorer på frontpanelen. (Bildkälla: MEAN WELL)

Sammanfatttning

Strömförsörjningar såsom de i MEAN WELL DRS-240- och DRS-480-familjerna ger mer än bara grundläggande AC/DC- och DC/DC-omvandling. De är godkända lösningar för energihantering för brand- och säkerhetssystem i byggnader, inklusive utrustning för nödkommunikation. Genom att integrera alla nödvändiga funktioner i ett litet, effektivt, tillförlitligt, lättmonterat och anslutet hölje baserat på DIN-skenor, förenklar DRS-försörjningar dokumentation, installation och drift, samtidigt som de tillhandahåller den funktionalitet, de egenskaper och den prestanda som krävs för att uppfylla en mängd olika regelverk.

Relaterat innehåll

1. "Använd modulära AC/DC-försörjningsenheter med flera utgångar för flexibilitet och konfigurerbarhet"
2. "Hur den enkla DIN-skenan löser problemet med modularitet, flexibilitet och bekvämlighet i industriella system"