Brug en multifunktionsstrømforsyning til hurtigt at implementere intelligente brandsikrings- og sikkerhedssystemer

Designere af ’state-of-the-art’ (top moderne) bygninger, især højhuse, skal sørge for pålidelige brand- og sikkerhedsalarmsystemer, brandkontrol, beredskabspersonalets kommunikationsrepeatere, nødbelysning og adgangskontrolsystemer. Disse stadig mere intelligente systemer er afhængige af en stabil strømforsyning, der skal fortsætte med at fungere og opretholde statuskommunikation, selv når strømforsyningen er afbrudt eller kompromitteret. De skal også være omkostningseffektive og skalerbare på tværs af en række applikationer for at imødekomme skiftende konstruktionskrav.

For at imødekomme disse udfordringer kan designere vælge standard DIN-skinnemonterede digitale sikkerhedsstrømforsyninger, der integrerer en standard AC-DC-strømforsyning, en batterioplader, en DC-uafbrydelig strømforsyning (uninterruptible power supply/UPS) og Modbus- eller CAN-buskommunikation. Disse elementer arbejder interaktivt for at sikre korrekt systemdrift selv under forhold med alvorlige forstyrrelser. Strømforsyninger fås med DC-udgang på 12, 24, 36 eller 48 volt for at imødekomme en bred vifte af sikkerhedssystemkonfigurationer. Strømforsyningsstatus rapporteres lokalt via LED-indikatorer og fjernt via relækontaktlukninger.

Denne artikel handler om de udfordringer, designere står over for, når det gælder strømforsyningssikkerhed i moderne bygninger. Derefter ser vi på eksemplariske intelligente sikkerhedsstrømforsyningssystemer fra MEAN WELL og viser, hvordan de kan anvendes til flere nødforsynings-backupsystemer.

Strømforsyninger til sikkerhedssystemer

Sikkerhedssystemer til bygninger omfatter brandbeskyttelse, adgangskontrol, alarmer, nødbelysning og nødkommunikation. Disse systemer er beregnet til at sikre bygningens beboere og beredskabspersonalet i tilfælde af en katastrofehændelse. Bygnings- og brandsikkerhedsbestemmelser kræver, at disse kritiske systemer har to eller flere strømforsyningskilder, hvoraf den ene skal være et genopladeligt batteri. Strømforsyning til sikkerhedssystemer skal desuden være uafbrydelig. Sikkerhedssystemets strømforsyningsbehov omfatter derfor en strømforsyning, en DC-UPS og en batterioplader. Hvis systemet anvendes på en fjerntliggende lokation, kræver det også statusrapportering for at advare brugerne om eventuelle uregelmæssigheder.

MEAN WELL tilbyder en unik løsning på disse krav i form af en alt-i-en intelligent sikkerhedsstrømforsyning, DRS-240/480 familien. Strømforsyningerne i denne familie, såsom DRS-480-24 24 volt, 480 watt udgang‐version, er integrerede multifunktionsenheder, der inkluderer en AC-DC-strømforsyning, batterioplader og DC-UPS i et enkelt DIN-skinnemonteret modul for at forenkle systemdesignet. Sammen med en backup-batteripakke og et alarmkontrolmodul udgør leverancerne grundlaget for et grundlæggende sikkerhedsbrandalarmstyresystem (figur 1).

Figur 1: Her ses et grundlæggende brandalarmkontrolsystem, der består af en DRS-480-24-strømforsyning, en backup-batterienhed og et alarmkontrolmodul, som alle er placeret i brandalarmsystemets kontrolkabinet. (Billedkilde: MEAN WELL)

DRS-480-24‐strømforsyningen fungerer fra 90 til 305 volt AC eller 127 til 431 volt DC. Modulet måler 110 millimeter (mm) (4,3 tommer (in.)) bred, 125,2 mm (4,9 in.) høj og 150,7 mm (5,9 in.) dyb. En effektivitet på op til 93,5 % gør det muligt at arbejde ved omgivelsestemperaturer på -30 °C til +70 °C ved hjælp af konvektionskøling med fri luft. Den er beskyttet mod strømoverbelastning, overspænding og omvendt batteribeskyttelse. Den har også en frakoblingsfunktion ved lavt batteriniveau.

DRS-240/480-familien har udgangseffektniveauer på 240 eller 480 watt og fire forskellige udgangsspændingsniveauer på 12, 24, 36 eller 48 volt. Dimensionerne på strømforsyningen varierer med den nominelle effekt. DRS-240 er noget mindre end den allerede nævnte DRS-480. Dens dimensioner er 85,5 mm (3,4 in.) bred, 125,2 mm (4,9 in.) høj og 129,2 mm (5,1 in.) dyb.

Forsyningerne kan installeres på DIN-skinne TS-35/7,5 eller 15. DIN-montering gør det muligt at placere flere moduler ved siden af hinanden for at spare plads. Da den er DIN-monteret, er ledningsføring til forbindelser som relæbaseret status og seriel kommunikation via Modbus eller CAN-bus let tilgængelig, fordi det hele foregår fra frontpanelet (figur 2).

Figur 2: Tilslutninger til strømforsyningen, f.eks. til relæbaseret status og Modbus- eller CAN-buskommunikation, er let tilgængelige via frontpanelets ledningskontakter. (Billedkilde: MEAN WELL)

Ud over indgangs- og udgangsstrømtilslutningerne har strømforsyningerne også Form C enkeltpolede dobbeltvirkende (single pole, double throw/SPDT) relækontakter til at indikere AC‐fejl, DC OK, batteriniveau lavt/unormalt/frakoblet eller status for opladerfejl. RJ-45-kommunikationsporten giver en seriel datagrænseflade til overvågning og styring via Modbus eller CAN-bus. Disse busser bruges til at formidle statusopdateringer for udgangsspænding, strøm eller temperatur og til at styre enheden, herunder tænd/sluk af enheden, indstilling af udgangsspænding/strømniveauer. De bruges også til at indstille batteriets opladningsparametre, herunder konstant strøm, konstant spænding, svævende spænding, aftagende opladestrøm, batteritemperaturkompensation og opladningstid.

DIP-switchene i øverste venstre kvadrant giver også mulighed for manuel indstilling af opladerens egenskaber, så den passer til flere typer litium- eller blysyrebatterier med enten totrins- (konstantstrøm efterfulgt af konstantspænding) eller tretrins-(konstantstrøm efterfulgt af konstantspænding efterfulgt af svævende spænding) opladning (figur 3).

Figur 3: Batteriopladningsprofiler kan vælges med DIP-switche til enten to eller tre trin. (Billedkilde: MEAN WELL)

Opladningskurverne kan også programmeres med den intelligente batteriopladningsprogrammer SBP-001 (ekstraudstyr).

Strømforsyningen bruger et klassisk pulsbreddemoduleret (pulse width modulation/PWM) switchmode-strømforsyning-design med ekstra elementer tilføjet til intelligent styring af dens ekstra roller som strømovervågning, batterioplader og UPS (figur 4). Effektfaktorkorrektion (power factor correction/PFC) og filtrering af elektromagnetisk interferens (EMI) går foran kernestrømforsyningen.

Figur 4: Blokdiagrammet viser et intelligent sikkerheds-multifunktionsstrømmodul i DRS-240/480-familien, inklusive batteriopladning, UPS-funktioner, PFC og strømovervågning. (Billedkilde: MEAN WELL)

PWM-styring af switching-driftscyklussen er baseret på spændings- og strømfeedback. Bemærk, at der i designet er taget højde for overspændingsbeskyttelse (overvoltage protection/OVP), overbelastningsstrøm (overload/OVL) og overtemperaturbeskyttelse (OTP). Mikrocontrollerenheden (MCU) giver multimodekontrol til batteriopladning, batteriovervågning og kommunikation.

Anvendelsesområder for DRS-240/480 intelligente sikkerhedsstrømforsyninger

Mange brand-, sikkerheds- og sikringssystemer skal ifølge bygge- og brandlovgivningen fungere ved hjælp af nødstrøm i tilfælde af strømafbrydelse. Et af disse systemer er en dobbeltrettet forstærker (bi-directional amplifier/BDA), som giver aktiv kommunikationsstøtte til beredskabspersonalet, der arbejder i bygninger, hvor trådløs kommunikation viser sig at være vanskelig (figur 5). Den fungerer som en repeater, der forstærker og videresender signaler fra beredskabspersonalets radioer.

Figur 5: BDA'er fungerer som repeatere, der forstærker og videresender signaler fra beredskabspersonalets radioer i en bygning. (Billedkilde: MEAN WELL)

BDA'er og tilhørende antenner er især nyttige i større højhuse, hvor de er fordelt over mange etager. Disse systemer forbinder også BDA med signaler fra beredskabspersonale uden for bygningen og videresender dem internt. BDA'er kræver strøm, selv når den normale netstrøm svigter. DRS-240/480-strømforsyningerne med deres tilhørende batterier garanterer strøm ved at vende tilbage til batteridrevet DC-UPS-tilstand, når netstrømmen forsvinder. Hvis vekselstrømforsyningen falder til under 79-89 volt AC for en 120 volt-ledning, eller til under 132-187 volt AC for en 220 volt-ledning, aktiveres DC-UPS-funktionen, og strømmen skifter til batteribackup.

Nødstrømforsyningssystemer leverer også backup-strøm til systemer, der guider og hjælper beboere og redningsfolk, når en bygning evakueres. Eksempler på systemer er oplyste udgangsskilte, gulvlys på evakueringsruter og nødbelysning (figur 6).

Figur 6: Her ses et intelligent lysstyringssystem, der bruger en DRS-240-strømforsyning som backup-strømkilde til at forsyne lys og nødskilte i en nødsituation. (Billedkilde: MEAN WELL)

I dette lysstyringssystem leverer DRS-240-12 backup-strømforsyningskilden til at opretholde kritiske nødlys og skilte i tilfælde af strømsvigt. Denne forsyning er normeret til 12 volt, 240 watt og kan levere op til 20 ampere (A).

Andre anvendelsesmuligheder for intelligente sikkerhedsstrømforsyninger omfatter brandalarm- og branddetekteringssystemer, der hjælper med at rapportere og spore brande i bygninger. Disse systemer giver brandmændene vigtige oplysninger om brandens placering og omfang.

DRS-240/480-serien af intelligente sikkerhedsstrømforsyninger

MEAN WELL DR-240/480-serien af strømforsyninger fås i syv modeller med en maksimal udgangseffekt på 240 eller 480 watt. Den maksimale udgangseffekt omfatter udgangseffekten til alle belastninger, hovedudgang og batteriopladning. Bemærk, at batteriets ladestrøm justeres automatisk baseret på den primære udgangsstrøm for at forhindre overbelastning. Serien omfatter udgangsspændinger på 12, 24, 36 eller 48 volt (tabel 1).

Tabel 1: Her vises egenskaberne for MEAN WELL DRS-240/480-serien af sikkerhedsstrømforsyninger. (Kilde til tabel: Art Pini)

De forbedrede funktioner i disse intelligente strømforsyninger betyder, at de kræver flere sikkerhedscertificeringer end konventionelle strømforsyninger. Disse strømforsyninger overholder de standarder og bygningsreglementer for sikkerhedssystemer, der er obligatoriske verden over, herunder:

• USA: Underwriters Lab (Assurandørernes laboratorium) UL2524 - Standard for In-building 2-Way Emergency Radio Communication Enhancement Systems (Kommunikationsforbedringssystemer til 2-vejs nødradio i bygninger) 2019 (på engelsk)
• US: National Fire Protection Association NFPA (Den nationale brandbeskyttelsesforening) 1221 - Standard for installation, vedligeholdelse og brug af kommunikationssystemer til beredskabstjenester 2019
• Europa: Den Europæiske Standardiseringsorganisation (CEN) EN 54-4: Branddetekterings- og brandalarmsystemer Del 4: Strømforsyningsudstyr 1997
• UK: BS EN. 54-4 Branddetekterings- og brandalarmsystemer Strømforsyningsudstyr 1998
• Kina: GB 17945-2010 - Brandnødbelysning og evakueringsindikatorsystem 2009

Konklusion

MEAN WELL DRS-240/480 alt-i-en multifunktionssikkerhedsstrømforsyninger integrerer en strømforsyning, en DC-UPS og en batterioplader i et enkelt kompakt DIN-skinnemodul. Fuldt beskyttede mod overbelastning af spænding, strøm og temperatur og med indbygget statusrapportering, de kan hurtigt integreres og danne grundlag for en lang række intelligente sikkerheds- og brandsystemer til intelligente bygninger.