A biztonsági, védelmi és kommunikációs rendszerek áramellátásának megbízható fenntartása

A lakóházakba, és a kereskedelmi és ipari automatizálási komplexumokba a biztosítási és a helyi építési előírások miatt, valamint a használatbavételi engedély megszerzéséhez alapszinten többféle biztonsági, védelmi és vészhelyzeti kommunikációs rendszert kell beépíteni. Ezen rendszerek közös jellemzője, hogy mindegyiknek szüksége van valamilyen váltakozó áramú hálózati áramforrásra a tápfeszültségként szolgáló kisebb egyenfeszültség előállításához, valamint egy rendkívül megbízható akkumulátoros tartalékrendszerre.

A korszerű épületekre vonatkozó előírások és szabványok teljesítéséhez azonban nem elegendő az alapszintű, váltakozó áramból egyenáramot előállító (AC–DC) hálózati tápegység és a tartalék áramellátás biztosítása. Egy átfogó, szabályzattal jóváhagyott rendszernek különböző egyértelmű riasztási jelzésekre van szüksége, amelyeket kapcsolókon keresztül kell kiadni az egyedi belső és külső hibaállapotok jelzésére. Ezenfelül a mai intelligens épületekben a rendszereknek támogatniuk kell a különböző csatlakoztatási módokat – valamint a fizikai felszerelés és a működési módok rugalmasságát –, ha meg akarnak felelni a különböző létesítmények, akkumulátortípusok és egyéb változók támasztotta igényeknek.

Lehetőség van arra, hogy különálló alrendszereket használva összevonják a váltakozóáram- vagy egyenáram-átalakítós áramellátáshoz, az akkumulátorok töltéséhez és felügyeletéhez, valamint a rendszer felügyeletéhez és kezeléséhez és a riasztásvezérléshez szükséges berendezéseket. Az eredmény egy az adott felhasználási területhez teljesen optimalizált konstrukció lehet. De milyen áron? Ennek folyamata időigényes, költséges, és elvonja a figyelmet a fő felhasználási területről. Emellett a tervet a megfelelő szabályozó hatóságoknak is hitelesíteniük kell, ami növeli a költségeket és a tervezési időt.

Alternatív megoldás lehet egy minden funkciót egy eszközben megvalósító egyesített tápegység használata, amely megfelel az alapvető teljesítménykövetelményeknek, miközben elkerüli a nulláról való tervezés hátrányait.

Ez a cikk ismerteti az épületautomatizáláshoz szükséges áramellátó rendszerekkel kapcsolatos követelményeket, majd bemutatja a MEAN WELL egyesített tápegységeit. A cikk megvizsgálja ezeknek a kifinomult, intelligens áramellátó alrendszereknek a jellemzőit és felhasználási módjait, valamint azt, hogy hogyan kínálnak problémamentes funkcióegyesítést nagyfokú rugalmassággal és a paraméterek programozhatóságával.

Az épületfelügyeleti és biztonsági áramellátó rendszerekkel szemben támasztott új követelmények

Egy kereskedelmi iroda vagy egy nagy lakóépület áramellátó alrendszerétől ma már számos funkciót várnak el, amelyek közül néhány a hatékony működéshez szükséges, mások pedig a biztonság és a védelem érdekében elengedhetetlenek. Az áramsín-támogatást igénylő funkciók közé tartoznak az alábbiak:

• Tűzvédelmi riasztók és rendszerek
• Vészhelyzeti kommunikációs berendezések
• Vészvilágítás (tűz vagy áramkimaradás esetén)
• Az épület beléptetőrendszerei
• Központi tűzjelző és biztonsági figyelőrendszer

Az épület méretétől függően az áramellátó alrendszernek több emeleten keresztül kell támogatnia a kritikus funkciókat, és kétirányúnak kell lennie: az elsődleges váltakozó áramú (vagy egyenáramú) vezeték tölti az akkumulátort, ha van ilyen lehetőség, az akkumulátor pedig ellátja a különböző fogyasztókat és alrendszereket, ha az elsődleges hálózat nem áll rendelkezésre (1. ábra).

1. ábra: Sok létesítményben az áramellátó alrendszernek több emelet igényeit kell kielégítenie, miközben egy akkumulátort is töltenie kell, és az elsődleges áramellátás kiesésekor arról kell táplálnia a fogyasztókat (kép: MEAN WELL)

Fontos szempont a tartalék áramforrásként szolgáló akkumulátor töltése és kezelése, amelyet a szünetmentes áramellátó rendszerként (UPS) betöltött kritikus szerepe miatt megfelelően kell felügyelni. Itt nincs egyetlen legjobb megoldás, mivel széles körben használnak különböző villamos kapacitású és típusú akkumulátorokat, beleértve a lítiumos akkumulátorokat és savas ólomakkumulátorokat, amelyek mindegyike saját töltési és kisütési jellegzetességekkel rendelkezik.

Ezenkívül minden váltakozó áramú és egyenáramú tápegységnek a hagyományosabb előírások mellett számos szabványnak és építési szabályzatnak is meg kell felelnie. A korszerű épületek arányának növekedése miatt és annak felismerése következtében, hogy mire képes a technika az intelligens épületekben, az európai, az amerikai és a kínai hatóságok biztonsági előírásokat alkottak a biztonsági és tűzvédelmi rendszerekre vonatkozóan, többek között az alábbiakat:

• Európai Szabványügyi Bizottság (CEN) EN 54-4: Tűzérzékelő és tűzjelző rendszerek, 4. rész: Tápegységek (Brit szabvány: BS EN. 54-4).
• Amerikai Egyesült Államok: UL2524: ANSI/CAN/UL szabvány az épületen belüli kétirányú vészhelyzeti rádiókommunikációt javító rendszerekre vonatkozóan.
• Amerikai Egyesült Államok: NFPA 1221: A vészhelyzeti segítő szolgálatok kommunikációs rendszereinek kiépítésére, karbantartására és használatára vonatkozó szabvány.
• Kína: GB 17945-2010: Tűzvédelmi világítás és épületkiürítési jelzőrendszer.

Ezenkívül ott vannak még a szokásos alapvető váltakozó áramú biztonsági előírások, valamint az EN55032 (CISPR32) és az N61000-3-2 szabványban meghatározott, az elektromágneses összeférhetőségre (EMC) és a (vezetett, kisugárzott, felharmonikus áramok és erős feszültségingadozás által keltett) elektromágneses jelkibocsátásra vonatkozó előírások és az EN61000-4 szabványban meghatározott, az elektromágneses zavarvédettségre (sugárzott, vezetett, elektrosztatikus kisülés (ESD), rövid nagyfrekvenciás impulzussorozat, áram- és feszültséglökés és mágneses mező által keltett zavarás) vonatkozó előírások.

Mindezek a követelmények együttesen azt jelentik, hogy az ilyen tápegység (PSU) több, mint egy egyszerű váltakozó áramú vagy egyenáramú tápegység. Többféle funkciót kell biztosítania, felügyelnie, kezelnie és támogatnia nagyfokú megbízhatósággal és nagy teljesítménnyel (2. ábra).

2. ábra: A korszerű tápegységeknek két elsődleges szerepük van: kisebb egyenfeszültséget szolgáltatnak a különböző terhelések számára, miközben nagy teljesítményű akkumulátorfelügyeletet nyújtanak (kép: MEAN WELL)

A ház és a szerelés is fontos

A fizikai méret, az üzemi hőmérséklet-tartomány, a hűtés és a szerelési szempontok szintén fontos tényezők a tápegységek esetében. Ezek az egységek jellemzően valamilyen közműszekrényben találhatók, gyakran korlátozott hely és hűtés mellett. A tápegységen és az akkumulátoron kívül ez a szekrény az épület adatkommunikációs és távközlési berendezéseinek, például kapcsolóknak és útválasztóknak is helyet adhat, így a hely szűkös, ezért az állványra vagy sínre szerelhetőség kényelme vonzó tulajdonság.

Az épület energiagazdálkodási követelményeinek megfelelő egyesített tápegységek

Az épületautomatizálás-tervezők teljesítmény-, méret-, szerelési és tervezésegyszerűsítési igényeinek kielégítésére a MEAN WELL elkészítette a DRS-240-12 jelű 12 V/20 A-es, 240 W-os egyesített tápegységet, valamint annak nagyobb testvérét, a DRS-480-24 jelű 24 V/20 A-es, 480 W-os tápegységet. A DRS-240 sorozat további egységei különböző feszültség/áramerősség kombinációkat kínálnak: 24 V/10 A, 36 V/6,6 A és 48 V/5 A. A DRS-480 sorozat tagjai az alábbi értékekkel kaphatóak: 36 V/13,3 A és 48 V/10 A.

Ami az elhelyezés és a szerelés kérdését illeti, a DRS-240 és a DRS-480 egységek közvetlenül a TS-35/7,5 vagy 15 típusú, széles körben használt, ágazati szabványú DIN-tartósínekre szerelhetőek. Ez leegyszerűsíti a szerelést, és lehetővé teszi, hogy más rendszerek és azok házai könnyen felszerelhetők legyenek melléjük. A DIN-sínes kialakítás emellett azt is jelenti, hogy minden csatlakozó, kijelző és mérő elöl van, nincs szükség hátsó panelre vagy akár oldalsó hozzáférésre. Ez előnyös a kábelezés tervezésénél, kiépítésénél, kialakításánál, ellenőrzésénél és szükség esetén az újrakábelezésnél.

Ezekben a közműszekrényekben a rendelkezésre álló hely nagyon szűkös, ezért fontos a tápegység kis mérete. A DRS-240 tápegységek mindössze 86 mm × 125 mm × 129 mm (szélesség × magasság × mélység), míg a DRS-480 tápegységek 110 mm × 125 mm × 151 mm méretűek (3. ábra).

3. ábra: A 240 W-os (balra) és a 480 W-os (jobbra) DRS tápegység kis méretű, és szabványos DIN-sínre szerelhető. A 480 W-os változat valamivel nagyobb (kép: MEAN WELL)

A kapcsolószekrényekben és közműszekrényekben uralkodó környezeti feltételek szintén kihívást jelentenek a rövid és hosszú távú teljesítmény szempontjából. A DRS termékcsaládok minden tagja –30 °C és +70 °C közötti üzemi hőmérséklet, valamint 20% és 90 % közötti nem kicsapódó relatív páratartalom (RH) melletti használatra van méretezve, szabad légáramlásos hűtéssel. A DRS-240 tápegységek megbízhatósága a Telcordia SR-332 (Bellcore) előírások szerint számítva legalább 5 647 000 óra, a MIL-HDBK-217F előírások szerint számítva pedig legalább 733 000 óra (25 ˚C-on) a meghibásodásig. A DRS-480 tápegységek megfelelő adatai alig valamivel alacsonyabbak.

Hálózati bemenetről megvalósított egyenáramú és akkumulátorkezelő kimenet

Tekintettel az áramellátó hálózat változatosságára, valamint a világszerte történő használhatóság és a könnyű kiépíthetőség iránti igényre fontos a a bemeneti feszültségtartomány is. Ezek a tápegységek 90 V és 305 V közötti váltakozó feszültségre és 127 V és 431 V közötti egyenfeszültségre vannak méretezve, és az akkumulátorok töltésére, kisütésére, állapotjelzésére és általános felügyeletére szolgáló funkciókkal is el vannak látva (4. ábra).

4. ábra: A DRS tápegységek blokkvázlatán látható a tápegységek belső bonyolultsága, valamint az, hogy hány áramkör szolgál az akkumulátorok felügyeletére, töltésére, kisütésére, állapotjelzésére és védelmére (kép: MEAN WELL)

A két- vagy háromfokozatú töltési görbe és a töltési áram (20% – 100% között) kézzel állítható be az előlapon található DIP-kapcsolóval. A elérhető legnagyobb akkumulátortöltési áramerősség az adott DRS-típussal elérhető legnagyobb kimenőáram függvénye. Az akkumulátor töltési algoritmusa terhelésfüggő, és a töltési paraméterek rugalmassága lehetővé teszi, hogy a DRS-240/480 optimálisan kezelje a különböző savas ólomakkumulátorokat és lítiumos akkumulátorokat.

Az akkumulátorkezelő funkció fontossága miatt a rendszer az alacsony töltöttségi szintre és a fordított csatlakoztatás elleni védelemre vonatkozó visszajelzésekkel is el van látva. Ezek és más tulajdonságok együttesen egy olyan strapabíró, megbízható akkumulátorkezelő alrendszert eredményeznek, amely a villamos hálózatról tölti az akkumulátort, de 10 ezredmásodpercen belül átkapcsol akkumulátoros áramellátásra, és leadja a névleges teljesítményét, ha a hálózat nem áll rendelkezésre.

Hibák és problémák előfordulnak

Elkerülhetetlen, hogy előforduljanak olyan belső vagy külső körülmények, amelyek befolyásolják a tápegység azon képességét, hogy minden meghatározott funkciót ellásson. Ezért a DRS tápegységek a már említett, az akkumulátor alacsony töltöttségi szintjére és fordított csatlakoztatására vonatkozó visszajelzéseken kívül olyan állapotjelzésekkel is el vannak látva, mint a rövidzár, a túlterhelés, a túlfeszültség és a túlmelegedés jelzése.

Szintén fontosak az alábbi kulcsfontosságú működési körülményeket jelző kézzelfogható állapotjelzők is: AC Fail (A váltakozó áram hibája), DC OK (Az egyenáram rendben), Battery Low (Alacsony akkumulátortöltöttség) és Charger Fail (Töltőhiba), amelyek jelzése LED-ek vagy átkapcsoló relék útján van megvalósítva (5. ábra). Az átkapcsoló relék egyértelműen vannak megjelölve, és potenciálmentes érintkezőjűek, amit több okból is használnak (és bizonyos esetekben kötelezően előírnak).

5. ábra: A felhasználó csak az előlapot és az azon lévő tápcsatlakozásokat, kijelzőket, valamint feltüntetett reléérintkezőket látja (kép: MEAN WELL)

Ezek az érintkezős kapcsolások egyértelműek és számos előnnyel járnak. Már régóta használják őket ezen a felhasználási területen, így kompatibilisek és könnyen használhatók mind a régi, mind az új rendszerekkel és alkatrészekkel (még az olyan alapszintűekkel is, mint a külső villogó fény és csengő), rendkívül megbízhatóak és strapabíróak, és az érintkező zárása a legegyértelműbb jelzés, amit egy rendszer adhat, különösen, ha olyan áramellátási problémák vannak, amelyek befolyásolhatják az „elektronikusabb” egységek, például a nyitott kollektoros kimenetek vagy akár a félvezető relék (SSR) működését.

A kommunikáció is kötelező

Egy korszerű tápegységnek adathálózati csatlakozási lehetőséget is kell biztosítania a magas szintű felügyelethez, beállításhoz és jelentéskészítéshez. A DRS tápegységcsaládok alapkivitelben támogatják a Modbus-kapcsolatokat, és külön kérhető CAN-sín-támogatás, amely a külön beszerezhető intelligens programozóegységekkel is használható. Ezt a programozóegységet az akkumulátor töltési görbéihez és üzemmódjaihoz kapcsolódó paraméterek – például az állandó áram (CC, constant current), a fokozatos töltés töltőárama (TC, taper current), az állandó feszültség (CV, constant voltage) és a tartandó feszültség (FV, float voltage) – külső beállítására használják, hogy alkalmazkodni tudjanak az iparban használt számos különböző akkumulátortípushoz (6. ábra).

6. ábra: A Modbus-alapú programozóegység segítségével a felhasználó számos akkumulátortöltési jellemzőt állíthat be, hogy azok optimálisan illeszkedjenek az akkumulátor kapacitásához és típusához (kép: MEAN WELL)

Bár a DRS tápegységcsaládok számos funkciót és szolgáltatást kínálnak, a tényleges csatlakoztatásuk meglehetősen egyszerű. Ez fontos előny a gyakorlati kiépítések során, különösen mivel ezek az egységek gyakran hosszú évekig használatban vannak (7. ábra).

7. ábra: A DRS tápegységcsaládok belső bonyolultsága és kifinomultsága láthatatlan a felhasználó számára, akinek csak néhány előlapi csatlakozóval és kijelzővel kell foglalkoznia (kép: MEAN WELL)

Összegzés

Az olyan tápegységek, mint a MEAN WELL DRS-240 és DRS-480 termékcsalád tagjai, többet nyújtanak az alapszintű váltakozóáram- vagy egyenáram-átalakításnál. Ezek tűzvédelmi és épületbiztonsági rendszerek számára is jóváhagyott energiagazdálkodási megoldást jelentenek, beleértve a vészhelyzeti kommunikációs berendezéseket is. Mint látható, azáltal, hogy az összes szükséges funkciót egy kis méretű, hatékony, megbízható, könnyen felszerelhető és csatlakoztatható DIN-sínes házban egyesítik, a DRS tápegységek egyszerűsítik a dokumentációt, a kiépítést és az üzemeltetést, miközben biztosítják a különböző szabályozási előírásoknak való megfeleléshez szükséges funkciókat, szolgáltatásokat és teljesítményt.

Kapcsolódó tartalom

1. Use Modular Multi-Output AC/DC Supplies for Flexibility and Configurability (Modulrendszerű többkimenetű váltakozó áramú tápegységek használata a rugalmasság és a beállíthatóság érdekében)
2. How the Simple DIN Rail Solves for Modularity, Flexibility, & Convenience in Industrial Systems (Hogyan oldja meg az egyszerű DIN-sín a modulrendszer használatát, a rugalmasságot és a kényelmet az ipari rendszerekben)