Sådan opretholder du pålideligt strøm til sikkerheds-, sikrings- og kommunikationssystemer

På deres basisniveau skal bolig-, erhvervs- og industrielle automatiseringskomplekser indeholde en lang række sikkerheds-, sikrings- og nødkommunikationssystemer for at opfylde forsikringskrav og lokale bygningsreglementer og for at få et beboelsescertifikat. En fælles faktor for disse systemer er, at de alle har brug for en AC-forsyning til at producere DC med lavere spænding, og de har alle brug for et meget pålideligt batteribackuparrangement.

Det er dog ikke nok at levere basal AC/DC-strøm og backup til moderne bygninger og standarder. Et omfattende, kodegodkendt system har brug for forskellige utvetydige alarmindikationer, der leveres via afbryderlukninger for at signalere specifikke interne og eksterne fejltilstande. Desuden skal systemer i nutidens intelligente bygninger understøtte forskellige former for tilslutningsmuligheder samt fleksibilitet med hensyn til fysisk montering og driftsformer, hvis de skal opfylde behovene i forbindelse med forskellige installationer, batterityper og andre variabler.

Det er muligt at samle det nødvendige til AC/DC- eller DC/DC-strømforsyning, batteriopladning og -styring samt systemovervågning, -styring og alarmstyring ved hjælp af forskellige delsystemer. Resultatet kan være et fuldt optimeret design til applikationen. Men til hvilken pris? Det er en tidskrævende og dyr proces, som distraherer os fra den primære opgave. Designet skal også certificeres af de relevante tilsynsmyndigheder, hvilket øger omkostningerne og designtiden.

Et alternativ er at bruge en integreret strømforsyning, der opfylder de centrale krav til ydeevne, samtidig med at man undgår de ulemper, der er forbundet med at designe fra bunden.

I denne artikel diskuteres kravene til energisystemer til bygningsautomatisering, inden der introduceres integrerede strømforsyningsløsninger fra MEAN WELL. Artiklen vil se på funktionerne og anvendelsen af disse sofistikerede, intelligente strømforsyningssubsystemer, og hvordan de tilbyder problemfri funktionel integration sammen med fleksibilitet og parameterprogrammerbarhed.

Nye krav til bygningsstyrings- og sikkerhedssystemer

Strømsubsystemet i et erhvervskontor eller en stor boligbygning forventes nu at understøtte mange funktioner, hvoraf nogle er nødvendige for effektiv drift og andre er påkrævet af hensyn til sikkerhed og sikring. Blandt de funktioner, der kræver strømskinneunderstøttelse, er:

• Brandalarmer og brandsikringssystemer
• Nødkommunikationsudstyr
• Nødbelysning (på grund af brand eller anden strømafbrydelse)
• Adgangskontrolsystemer til bygninger
• Centralt brandalarmerings- og sikkerhedsovervågningssystem

Afhængigt af bygningens størrelse skal delsystemet understøtte kritiske funktioner på flere etager og være tovejs med den primære AC- (eller DC-) linje, der oplader batteriet, når denne mulighed er tilgængelig, og batteriet, der understøtter de forskellige belastninger og delsystemer, hvis den primære linje ikke er tilgængelig (figur 1).

Figur 1: I mange installationer skal et undersystem til strømforsyning i mange installationer opfylde behovene på flere etager og samtidig klare opladning af et batteri og afladning af det, når den primære strømforsyning svigter. (Billedkilde: MEAN WELL)

En vigtig overvejelse er opladning og styring af backup-batteriet, som skal overvåges korrekt for at kunne spille sin kritiske rolle som et UPS-system (Uninterruptible Power System). Der findes ikke nogen bedste fremgangsmåde her, da batterier med forskellige elektriske kapaciteter og typer er meget udbredt, herunder lithium- og bly-syre-batterier, som hver især har deres egne retningslinjer for opladning/afladning.

Desuden er der mange standarder og bygningsreglementer, som skal opfyldes ud over de mere konventionelle standarder for enhver AC/DC- eller DC/DC-strømforsyning. På grund af det stigende antal avancerede bygningsarkitekturer og erkendelsen af, hvad teknologien kan gøre i intelligente bygninger, har myndigheder i Europa, USA og Kina udstedt sikkerhedsforskrifter for sikkerheds- og brandsikringssystemer, herunder:

• Den Europæiske Standardiseringsorganisation (CEN) EN 54-4: Branddetekterings- og brandalarmanlæg - Del 4: Strømforsyningsudstyr (British Standard. BS EN. 54-4).
• USA: UL2524: ANSI/CAN/UL-standard for 2-vejs nødradiokommunikationsforbedringssystemer i bygninger.
• USA: National Fire Protection Association NFPA 1221: Standard for installation, vedligeholdelse og brug af kommunikationssystemer for nødhjælpstjenester.
• Kina: GB 17945-2010: Brand nødbelysning og evakueringsindikatorsystem.

Derudover er der de sædvanlige grundlæggende sikkerhedsbestemmelser for AC samt standarder for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) emissioner (ledet, udstrålet, harmonisk strøm og spændingsflimmer defineret af EN55032 (CISPR32) og N61000-3-2) og for EMC-immunitet (elektrostatisk udladning (ESD), udstrålet, elektrisk hurtig transient (EFT) burst, overspænding, ledet og magnetisk felt) i henhold til EN61000-4.

Når alle disse krav lægges sammen, betyder det, at en strømforsyningsenhed (PSU) er mere end blot en simpel AC/DC- eller DC/DC-strømforsyning. Den skal levere, overvåge, styre og understøtte flere funktioner med en høj grad af pålidelighed og ydeevne (figur 2).

Figur 2: En moderne PSU har to primære roller: At levere lavere DC til forskellige belastninger og samtidig levere højtydende batteristyring. (Billedkilde: MEAN WELL)

Emballering og montering er også vigtigt

Fysisk størrelse, driftstemperaturområde, køling og montering er også vigtige PSU-faktorer. Disse enheder er typisk placeret i et bryggers, ofte med begrænset plads og køling. Ud over PSU'en og batteriet kan dette skab også rumme data- og telekommunikationsudstyr til bygningen, f.eks. switche og routere, så pladsen er begrænset, og det er attraktivt at kunne monteres i et rack.

Integrerede strømforsyninger opfylder kravene til strømstyring i bygninger

For at imødekomme behovene for ydeevne, formfaktor, montering og designforenkling hos designere af bygningsautomatisering har MEAN WELL DRS-240-12, en 12 volt/20 ampere (A), 240 watt, alt-i-én-enhed, samt en større søster, DRS-480-24, en 24 volt/20 A, 480 watt enhed. Andre enheder i DRS-240-serien tilbyder forskellige spændings-/strømkombinationer: 24 volt/10 A, 36 volt/6,6 A og 48 volt/5 A; for DRS-480-serien er de tilgængelige kombinationer 36 volt/13,3 A og 48 volt/10 A.

Hvad angår spørgsmålet om placering og montering, løser DRS-240- og DRS-480-enhederne dette problem ved at blive monteret direkte på almindeligt anvendte DIN-skinner af typen TS-35/7,5 eller 15, som er standard i industrien. Dette forenkler monteringen og gør det nemt at montere andre systemer og deres kabinetter ved siden af. Desuden betyder et DIN-skinne-design, at alle tilslutninger, indikatorer og aflæsninger er foran, uden at der er behov for adgang til bagpanelet eller endda til siden. Dette er en fordel i forbindelse med planlægning, installation, konfiguration, testning og omlægning af ledninger, hvis det er nødvendigt.

Der er meget lidt plads i disse skabe, så det er vigtigt med en kompakt PSU-formfaktor. DRS-240-enhederne er kun 86 × 125 × 129 millimeter (mm) (bredde × højde × dybde), mens DRS-480-enhederne er 110 × 125 × 151 mm (figur 3).

Figur 3: DRS-enhederne på 240 watt (til venstre) og 480 watt (til højre) har en kompakt formfaktor og kan monteres på en standard DIN-skinne; enheden på 480 watt er lidt større. (Billedkilde: MEAN WELL)

Miljøforholdene i disse skabe og skabe udgør også en udfordring for ydeevnen på kort og lang sigt. Alle medlemmer af DRS-familierne er klassificeret til -30 til +70 ˚C og 20 til 90 % relativ luftfugtighed (RH) uden kondensering med konvektionskøling i fri luft. Pålideligheden er beregnet til 564,7K timer (minimum) i henhold til Telcordia SR-332 (Bellcore) og 73,3K timer minimum i henhold til MIL-HDBK-217F (ved 25 ˚C) for DRS-240-enhederne; de tilsvarende tal for DRS-480-enhederne er kun en smule lavere.

Indgangen til netstrøm fører til DC- og batteristyringsudgang

På grund af variationer i nettet og ønsket om global anvendelighed og nem installation er det også vigtigt, at den indgående effekt er tilstrækkelig stor. Disse PSU'er er specificeret til 90 til 305 volt AC og 127 til 431 volt DC. Mange af funktionerne i disse enheder er dedikeret til opladning, afladning, statusangivelse og generel styring af batteriet (Figur 4).

Figur 4: Blokdiagrammet for DRS PSU'erne viser deres interne raffinement og mængden af kredsløb dedikeret til batteristyring, opladning/afladning, indikatorer og beskyttelse. (Billedkilde: MEAN WELL)

Den totrins/tretrins opladningskurve og opladningsstrømsindstillingen (mellem 20 %～100 %) kan justeres manuelt via en DIP-knap på frontpanelet. Den maksimale tilgængelige batteriopladestrøm er en funktion af den maksimale udgangsstrøm, der er tilgængelig fra den specifikke DRS-model. Batteriopladningsalgoritmen er belastningsafhængig, og fleksibiliteten i opladningsparametrene gør det muligt for DRS-240/480 at håndtere en række bly-syre- og lithiumbatterier optimalt.

På grund af batterifunktionens betydning indeholder systemet også indikatorer for lavt batteriniveau og beskyttelse mod omvendt tilslutning. Disse og andre funktioner kombineres for at give et robust og pålideligt batterisubsystem, som kan oplades fra strømnettet, men som også kan omstilles og levere sin nominelle effekt inden for 10 millisekunder, når strømnettet ikke er tilgængeligt.

Fejl og problemer vil opstå

Det er uundgåeligt, at der vil være interne eller eksterne forhold, som påvirker en PSU's evne til at levere alle de specificerede funktioner. Derfor indeholder DRS-enhederne statusindikationer for forhold som kortslutning, overbelastning, overspænding og overtemperatur ud over de allerede nævnte indikatorer for lavt batteriniveau og omvendt tilslutning.

Det er også vigtigt at have konkrete statusindikatorer for de vigtigste driftsbetingelser AC-fejl, DC OK, batteri lavt, opladerfejl og DC OK, som leveres af LED'er og form C-relæer (figur 5). Form C-relæerne er tydeligt markeret og giver en "tør" kontakt, som bruges (og er påkrævet i nogle tilfælde) af flere årsager.

Figur 5: Frontpanelet er alt, hvad brugeren ser af strømtilslutninger, indikatorer og relækontakter. (Billedkilde: MEAN WELL)

Disse kontaktlukninger er utvetydige og giver flere fordele. De har længe været anvendt i applikationen og er derfor kompatible og let integrerbare med både gamle og nye systemer og komponenter (selv grundlæggende elementer som f.eks. et eksternt blinkende lys og en klokke); de er meget pålidelige og robuste; og en kontaktlukning er den mest definitive indikation, som et system kan give, især hvis der er strømproblemer, som kan påvirke driften af interfaces, der er mere "elektroniske", f.eks. åbne kollektorudgange eller endda solid-state relæer (SSR'er).

Kommunikation også obligatorisk

En moderne PSU skal også have netværkstilslutning til styring, opsætning og rapportering på højt niveau. Standard DRS-familierne af PSU'er understøtter Modbus-forbindelser med en mulighed for CAN-bus, som også kan bruges med en tilgængelig smart-programmeringsenhed. Denne programmør bruges til ekstern indstilling af parametre, der er forbundet med batteriets ladekurver og -tilstande, f.eks. konstantstrøm (CC), konisk strøm (TC), konstant spænding (CV) og flydende spænding (FV), for at imødekomme de mange forskellige batterityper, der anvendes i industrien (Figur 6).

Figur 6: Ved hjælp af den Modbus-baserede programmør kan en bruger indstille de mange batteriopladningsspecifikationer for at matche batteriets størrelse og type optimalt. (Billedkilde: MEAN WELL)

Selv om DRS-familierne af PSU'er tilbyder mange funktioner og egenskaber, er deres faktiske tilslutning ret enkel. Dette er en vigtig fordel og en præference i praktiske installationer, især fordi disse enheder ofte er i brug i mange år (figur 7).

Figur 7: DRS-familiernes interne kompleksitet og sofistikerede PSU'er er usynlige for brugeren, som kun skal håndtere nogle få tilslutninger og indikatorer på frontpanelet. (Billedkilde: MEAN WELL)

Konklusion

Strømforsyningsenheder som dem i MEAN WELL DRS-240- og DRS-480-familierne leverer mere end grundlæggende AC/DC- eller DC/DC-konvertering. De er en godkendt strømstyringsløsning til brandsikring og sikkerhedssystemer i bygninger, herunder nødkommunikationsudstyr. Som det fremgår, forenkler DRS-forsyningerne dokumentation, installation og drift ved at integrere alle nødvendige funktioner i en lille, effektiv, pålidelig, let monteret og tilsluttet DIN-skinnepakke, samtidig med at de giver den funktionalitet, de funktioner og den ydeevne, der er nødvendig for at opfylde en række lovbestemmelser.

Relateret indhold

1. “Brug modulære multi-output AC/DC-forsyninger til fleksibilitet og konfigurerbarhed”
2. "Hvordan den enkle DIN-skinne løser for modularitet, fleksibilitet og komfort i industrielle systemer"