Slik opprettholdes strømmen pålitelig til beredskaps-, sikkerhets- og kommunikasjonssystemer

På basenivå må bolig-, handels- og industriautomatiseringskomplekser inneholde et bredt spekter av beredskaps-, sikkerhets- og nødkommunikasjonssystemer for forsikringskrav og lokale byggeforskrifter, samt for å motta en brukstillatelse. En faktor som er felles for disse systemene er at de alle trenger nettilkobling for å produsere likestrøm med lavere spenning, og de trenger alle et svært pålitelig batteri-backup-arrangement.

Det er imidlertid ikke nok med bare grunnleggende vekselstrøm og backup for moderne bygninger og standarder. Et omfattende, kodegodkjent system trenger ulike entydige alarmindikasjoner, gitt via strømbrytere for å signalisere spesifikke interne og eksterne feilforhold. Videre må systemene i dagens smarte bygninger støtte ulike tilkoblingsmåter – samt fleksibilitet i fysiske monterings- og driftsmoduser – om de skal imøtekomme behovene til ulike installasjoner, batterityper og andre variabler.

Det er mulig å samle det som trengs for vekselstrøm, likestrøm eller likestrøm, batterilading og -styring, og systemovervåking, styring og alarmkontroll ved hjelp av ulike delsystemer. Resultatet kan være en fullt optimalisert design for utrustningen. Men til hvilken pris? Prosessen med å gjøre det er tidkrevende, kostbar og distraherer fokuset bort fra hovedutrustningen. Prosjekteringen må også være sertifisert av relevante reguleringsmyndigheter, noe som øker kostnadene og prosjekteringstiden.

Et alternativ er å bruke en integrert alt-i-ett-strømforsyning som oppfyller kjernens ytelseskrav, samtidig som du unngår ulempene ved å designe fra bunnen av.

Denne artikkelen tar for seg kravene til strømsystemer for bygningsautomatisering før det introduseres integrerte strømforsyningsløsninger fra MEAN WELL. Artikkelen vil se på funksjonene og anvendelsen av disse sofistikerte, intelligente effektdelsystemene og hvordan de tilbyr sømløs funksjonell integrasjon sammen med fleksibilitet og parameterprogrammerbarhet.

Nye krav til bygningsledelse og sikkerhetssystemer

Delsystemet for strømforsyning i et forretningskontor (kommersielt kontor) eller en stor boligbygning forventes nå å støtte mange funksjoner, noen er nødvendige for effektiv drift og andre er pålagt for sikkerhet. Blant funksjonene som krever støtte for strømforsyning, er:

• Brannalarmer og brannsikkerhetssystemer
• Nødkommunikasjonsutstyr
• Nødbelysning (på grunn av brann eller annet strømbrudd)
• Tilgangskontrollsystemer for bygninger
• Sentralt brannalarm- og sikkerhetsovervåkingssystem

Avhengig av bygningens størrelse, må delsystemet for strømforsyning støtte kritiske funksjoner på tvers av flere etasjer og være toveis med den primære vekselstrøm- (eller likestrøm-) linjen som lader batteriet når dette alternativet er tilgjengelig, og batteriet som støtter de forskjellige lastene og delsystemene hvis den primære linjen ikke er tilgjengelig (figur 1).

Figur 1: Et delsystem for strømforsyning må i mange installasjoner støtte behovene til flere etasjer, mens det klarer å lade et batteri og dets utladning når primærstrømmen svikter. (Bildekilde: MEAN WELL)

Et viktig hensyn er å lade og administrere reservebatteriet, som må overvåkes på riktig måte for sin kritiske rolle som et avbruddsfritt strømsystem – UPS (uninterruptible power system). Det finnes ingen enkelt beste tilnærming her, da batterier med ulik elektrisk kapasitet og typer er i stor bruk, inkludert litium- og blysyrekjemikalier, hver med sine egne retningslinjer for lading/utladning.

Videre er det mange standarder og byggeforskrifter og -normer som må oppfylles i tillegg til de mer konvensjonelle for enhver AC-DC og DC-DC-forsyning. På grunn av økningen i avanserte bygningsarkitekturer, sammen med anerkjennelse av hva teknologi kan gjøre i smarte bygninger, har byråer i Europa, USA og Kina kunngjort sikkerhetsforskrifter for sikkerhets- og brannsystemer, inkludert:

• Den europeiske standardiseringsorganisasjon (CEN) EN 54-4: Systemer for branndeteksjon og brannalarm – del 4: Strømforsyningsutstyr (britisk standard. BS EN. 54-4).
• USA: UL2524: ANSI/CAN/UL-standard for toveis nødradiokommunikasjonssystemer i bygninger (In-building 2-Way Emergency Radio Communication Enhancement Systems).
• United States: National Fire Protection Association NFPA 1221: Standard for Installation, Maintenance, and Use of Emergency Services Communications Systems.
• Kina: GB 17945-2010: Brannvarslingssystem for nødbelysning og evakuering.

I tillegg er det vanlige grunnleggende AC-sikkerhetsmandater, sammen med standarder for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) -utslipp (ledet, utstrålt, harmonisk strøm og spenningsflimmer definert av EN55032 (CISPR32) og N61000-3-2, og for EMC-immunitet (elektrostatisk utladning (ESD), utstrålt, elektrisk rask transient (EFT) -brudd, overspenning, ledet og magnetfelt) i henhold til EN61000-4.

Å sette alle disse kravene sammen betyr at en strømforsyningsenhet (PSU) er mer enn bare en enkel AC-DC eller DC-DC-forsyning. Den må gi, overvåke, administrere og støtte flere funksjoner med en høy grad av pålitelighet og ytelse (figur 2).

Figur 2: En moderne PSU har to hovedroller: å levere lavere spenning likestrøm til forskjellige laster og samtidig gi høyytelses batterihåndtering. (Bildekilde: MEAN WELL)

Emballasje og montering er også viktig.

Fysisk størrelse, driftstemperaturområde, kjøling og montering er også viktige PSU-faktorer. Disse enhetene er vanligvis plassert i et skap, ofte med begrenset plass og kjøling. I tillegg til PSU og batteri, kan dette skapet også huse data- og telekommunikasjonsutstyr for bygningen, for eksempel brytere og rutere, slik at plassen er knapp og bekvemmeligheten av rackmontering er en attraktiv funksjon.

Integrerte strømforsyninger dekker bygningens strømstyringskrav

For å møte behovene til ytelse, formfaktor, montering og designforenkling hos designere av bygningsautomasjon, har MEAN WELLDRS-240-12 , en 12 volt/20 ampere (A), 240 watt, alt-i-ett-enhet, samt et større søsken,DRS-480-24 , en 24 volt/20 A, 480 watt enhet. Andre enheter i DRS-240-serien tilbyr forskjellige spennings-/strømkombinasjoner: 24 volt/10 A, 36 volt/6,6 A og 48 volt/5 A; for DRS-480-serien er de tilgjengelige paringene 36 volt/13,3 A og 48 volt/10 A.

Når det gjelder plassering og montering, håndterer DRS-240- og DRS-480-enhetene dette ved å montere direkte på de mest brukte DIN-skinnene, type TS-35/7.5 eller 15. Dette forenkler monteringen og gjør det enkelt å montere andre systemer og deres kabinetter ved siden av hverandre. Videre betyr en konstruksjon med DIN-skinner at alle tilkoblinger, indikatorer og avlesninger på forsiden, uten behov for tilgang på siden eller via bakpanel. Dette er en fordel i forbindelse med planlegging, installasjon, konfigurasjon, testing og omlegging av kabler om nødvendig.

Tilgjengelig plass er knapp i disse skapene, så en kompakt PSU-formfaktor er viktig. DRS-240-enhetene er bare 86 × 125 × 129 millimeter (mm) (bredde × høyde × dybde), mens DRS-480-enhetene er 110 × 125 × 151 mm (figur 3).

Figur 3: Enhetene på 240 watt (venstre) og 480 watt DRS (høyre) har en kompakt formfaktor og monteres på en standard DIN-skinne. Enheten på 480 watt er litt større. (Bildekilde: MEAN WELL)

Miljøforholdene i disse skapene og skapene utgjør også en utfordring for kortsiktige og langsiktige ytelser. Alle medlemmer av DRS-familiene er klassifisert for -30 til +70˚C og 20 til 90 % relativ luftfuktighet (RH) ikke-kondenserende drift med friluftskonveksjonskjøling. Pålitelighet er beregnet til 564,7K timer (minimum) per Telcordia SR-332 (Bellcore) og 73,3K timer (minimum) per MIL-HDBK-217F (ved 25˚C) for DRS-240-enhetene; de tilsvarende tallene for DRS-480-enhetene er bare litt lavere.

Linjestrøminnganger fører til DC- og batterihåndtering

Gitt variasjonene i nettet og ønsket om verdensomspennende anvendelighet og installasjonsvennlighet, er inngangseffektområdet også viktig. Disse PSU-ene er spesifisert for 90 til 305 volt vekselstrøm og 127 til 431 volt likestrøm. Mange av funksjonene i disse enhetene er dedikert til lading, utladning, statusindikasjon og generell styring av batteriet (figur 4).

Figur 4: Blokkdiagrammet til DRS PSU-ene viser deres interne raffinement og mengden kretser dedikert til batterihåndtering, lading/utladning, indikatorer og beskyttelse. (Bildekilde: MEAN WELL)

To-trinns/tre-trinns ladekurve og innstilling av ladestrøm (mellom 20 % og 100 %) kan justeres manuelt via en dip-bryter på frontpanelet. Den maksimale tilgjengelige batteriladestrømmen er en funksjon til den maksimale utgangsstrømmen som er tilgjengelig fra den spesifikke DRS-modellen. Batteriladealgoritmen er lastavhengig, og ladeparameterfleksibiliteten gjør det mulig for DRS-240/480 å administrere en rekke bly-, syre- og litiumbatterier optimalt.

På grunn av viktigheten av batterifunksjonen, inkluderer systemet også indikatorer for lavt batteri og beskyttelse mot reverskobling. Disse og andre funksjoner kombineres for å gi et robust, pålitelig batteribasert delsystem for strømforsyning som kan lades fra strømnettet, men også bytte og levere sin nominelle effekt innen 10 millisekunder, når strømnettet ikke er tilgjengelig.

Feil og problemer kommer til å skje

Det er uunngåelig at det vil være interne eller eksterne forhold som påvirker evnen til en PSU til å gi alle spesifiserte funksjoner. Av denne grunn inkluderer DRS-enhetene statusindikasjoner for forhold som kortslutninger, overbelastning, overspenning og overtemperatur, i tillegg til indikatorene for lavt batteri og reverskobling som allerede er nevnt.

Det er også viktig med håndgripelige statusindikatorer for viktige driftsforhold for AC-feil, DC OK, batteri lavt, laderfeil og DC OK, som leveres av lysdioder og form C-reléer (figur 5). Form C-reléene er tydelig merket og gir en "tørr" kontaktlukking som brukes (og er pålagt, i noen tilfeller) av flere årsaker.

Figur 5: Frontpanelet er alt brukeren ser for strømtilkoblinger, indikatorer og relékontakter. (Bildekilde: MEAN WELL)

Disse kontaktlukkingene er entydige og gir flere fordeler. De har lenge vært brukt i applikasjonen og er derfor kompatible og enkelt integrert med både eldre og nye systemer og komponenter (selv grunnleggende som et eksternt blinklys og bjelle); de er svært pålitelige og robuste; og en bryterlukking er den mest definitive indikasjonen et system kan gi, spesielt hvis det er strømproblemer som kan påvirke driften av grensesnitt som er mer "elektroniske", for eksempel åpne kollektorutganger eller til og med solid-state reléer (SSR).

Kommunikasjon er essensielt.

En moderne PSU må også tilby nettverkstilkobling for styring, oppsett og rapportering på høyt nivå. Standard DRS-familier av PSU-er støtter Modbus-koblinger, med et CAN-bussalternativ, som også kan brukes med en tilgjengelig smart programmeringsenhet. Denne programmereren brukes for ekstern innstilling av parametere forbundet med batteriets ladekurver og -moduser, for eksempel konstant strøm (CC), konisk strøm (TC), konstant spenning (CV) og flytespenning (FV), for å imøtekomme de mange forskjellige batteritypene som er i bruk over hele bransjen (figur 6).

Figur 6: Ved hjelp av den Modbus-baserte programmereren kan en bruker stille inn de mange batteriladespesifikasjonene til å matche batteristørrelsen og -typen optimalt. (Bildekilde: MEAN WELL)

Selv om DRS-familiene med PSU-er tilbyr mange funksjoner og egenskaper, er deres faktiske tilkobling ganske enkel. Dette er en viktig fordel og preferanse i praktiske installasjoner, spesielt siden disse enhetene ofte er i bruk i mange år (figur 7).

Figur 7: Den interne kompleksiteten og sofistikeringen til DRS-familiene av PSU-er er usynlige for brukeren, som bare må håndtere noen få frontpaneltilkoblinger og indikatorer. (Bildekilde: MEAN WELL)

Konklusjon

Strømforsyningsenheter som de i DRS-240- og DRS-480-familiene gir mer enn grunnleggende AC-DC- eller DC-DC-omforming. De er en godkjent strømstyringsløsning for brannsikkerhets- og bygningssikkerhetssystemer, inkludert nødkommunikasjonsutstyr. Som vist, ved å integrere alle nødvendige funksjoner i en liten, effektiv, pålitelig, lettmontert og tilkoblet DIN-skinnepakke, forenkler DRS-leveransene dokumentasjon, installasjon og drift, samtidig som de gir funksjonalitet, funksjoner og ytelse som trengs for å oppfylle en rekke regelverk (påbud og forskrifter).

Relatert innhold

1. Bruk modulære AC-DC-strømsforsyninger (vekselstrøm-likestrøm) med flere utganger for fleksibilitet og konfigurerbarhet
2. «Slik er den enkle DIN-skinnen en løsning for modularitet, fleksibilitet og bekvemmelighet i industrisystemer»