Gebruik een multifunctionele voeding om snel intelligente brandveiligheids- en beveiligingssystemen te implementeren

Ontwerpers van ultramoderne gebouwen, met name hoogbouw, moeten zorgen voor betrouwbare brand- en beveiligingsalarmsystemen, brandbestrijdingssystemen, noodcommunicatierepeaters, noodverlichting en toegangscontrolesystemen. Deze steeds intelligentere systemen zijn afhankelijk van een stabiele stroomvoorziening die moet blijven werken en de statuscommunicatie in stand moet houden, zelfs wanneer de netvoeding wegvalt of in gevaar komt. Ze moeten ook kosteneffectief en schaalbaar zijn voor verschillende toepassingen om te voldoen aan veranderende ontwerpeisen.

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, kunnen ontwerpers gebruik maken van kant-en-klare, op een DIN-rail gemonteerde digitale beveiligingsvoedingen die een standaard AC-DC voeding, een batterijlader, een DC ononderbreekbare voeding (DC UPS) en Modbus of CAN buscommunicatie integreren. Deze elementen werken interactief om een correcte werking van het systeem te garanderen, zelfs onder omstandigheden van ernstige verstoring. Voedingen met een DC-uitgang van 12, 24, 36 of 48 volt zijn beschikbaar voor een grote verscheidenheid aan configuraties van beveiligingssystemen. De status van de voeding wordt lokaal gemeld via LED-indicators en op afstand via het sluiten van relaiscontacten.

Dit artikel bespreekt de uitdagingen op het gebied van energiebeveiliging waarmee ontwerpers in moderne gebouwen worden geconfronteerd. Vervolgens wordt gekeken naar voorbeelden van intelligente beveiligingssystemen van MEAN WELL en wordt getoond hoe deze kunnen worden toegepast op meerdere noodstroomsystemen.

Voedingen voor beveiligingssysteem

Beveiligingssystemen voor gebouwen omvatten brandbeveiliging, toegangscontrole, alarmen, noodverlichting en noodcommunicatie. Deze systemen zijn bedoeld om de veiligheid van de bewoners van het gebouw en de hulpverleners te garanderen in het geval van een rampzalig incident. Bouw- en brandveiligheidsvoorschriften vereisen dat deze kritieke systemen twee of meer voedingsbronnen hebben, waarvan er één een oplaadbare batterij moet zijn. Bovendien moet de stroomvoorziening van het beveiligingssysteem ononderbroken zijn. Daarom heeft het beveiligingssysteem een voeding, een DC UPS en een batterijlader nodig. Als het systeem op een externe locatie wordt toegepast, is er ook een statusrapportage nodig om gebruikers te waarschuwen voor eventuele afwijkingen.

MEAN WELL biedt een unieke oplossing voor deze vereisten in de vorm van een alles-in-één intelligente beveiligingsvoeding, de DRS-240/480-familie. De voedingen in deze familie, zoals de DRS-480-24 24 volt, 480 watt uitgangsversie, zijn geïntegreerde multifunctionele units die een AC-DC-voeding, batterijlader en DC UPS in één enkele op DIN-rail gemonteerde module bevatten om het systeemontwerp te vereenvoudigen. Samen met een back-upbatterij en een alarmbedieningsmodule vormen de voedingen de basis van een basisbrandmeldsysteem (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: Afgebeeld is een basis veiligheidsbrandalarmsysteem bestaande uit een DRS-480-24 voeding, een back-up batterij en een alarm bedieningsmodule, allemaal in de schakelkast van het brandalarmsysteem. (Bron afbeelding: MEAN WELL)

De DRS-480-24 voeding werkt op 90 tot 305 volt wisselstroom of 127 tot 431 volt gelijkstroom. De module meet 110 millimeter (mm) (4,3 inch (in.)) breed, 125,2 mm (4,9 in.) hoog en 150,7 mm (5,9 in.) diep. Dankzij een efficiëntie tot 93,5% kan het systeem werken bij omgevingstemperaturen van -30 °C tot +70 °C met vrije-luchtconvectiekoeling. Hij is beveiligd tegen stroomoverbelasting, overspanning en omgekeerde batterijbeveiliging. Hij heeft ook een uitschakelfunctie als de batterij bijna leeg is.

De DRS-240/480-familie heeft uitgangsvermogens van 240 of 480 watt en vier verschillende uitgangsspanningsniveaus van 12, 24, 36 of 48 volt. De afmetingen van de voeding variëren naargelang het vermogen. De DRS-240 is iets kleiner dan de eerder genoemde DRS-480. De afmetingen zijn 85,5 mm (3,4 inch) breed, 125,2 mm (4,9 inch) hoog en 129,2 mm (5,1 inch) diep.

De voedingen kunnen worden geïnstalleerd op DIN-rail TS-35/7,5 of 15. Met DIN-montage kunnen meerdere modules naast elkaar worden geplaatst om ruimte te besparen. Omdat hij op DIN is gemonteerd, is de bedrading voor aansluitingen zoals relaisgebaseerde status en seriële communicatie via Modbus of CAN-bus gemakkelijk toegankelijk omdat alles vanaf het voorpaneel gebeurt (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Aansluitingen op de voeding, zoals voor relaisgebaseerde status en Modbus- of CAN-buscommunicatie, zijn gemakkelijk toegankelijk via de bedradingscontacten op het voorpaneel. (Bron afbeelding: MEAN WELL)

Naast de ingangs- en uitgangsaansluitingen hebben de voedingen ook enkelpolige, dubbelwerkende SPDT-relaiscontacten (Form C) om de status AC defect, DC OK, batterij bijna leeg/normaal/uitgeschakeld of lader defect aan te geven. De RJ-45-communicatiepoort biedt een seriële gegevensinterface voor bewaking en besturing via Modbus of CAN-bus. Deze bussen worden gebruikt om statusupdates voor uitgangsspanning, -stroom of -temperatuur door te geven en om de unit te besturen, inclusief apparaat aan/uit, ingestelde uitgangsspanning/-stroomniveaus. Ze worden ook gebruikt om de laadparameters van de accu in te stellen, waaronder constante stroom, constante spanning, druppellaadspanning, tapse stroom, temperatuurcompensatie van de batterij en laadtijd.

Met de DIP-schakelaars in het kwadrant linksboven kunnen de eigenschappen van de batterijlader handmatig worden ingesteld voor meerdere typen lithium- of loodzuurbatterijen met tweefasig (constante stroom gevolgd door constante spanning) of driefasig (constante stroom gevolgd door constante spanning gevolgd door vlotter) opladen (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: Batterijlaadprofielen kunnen met DIP-schakelaars in twee of drie fasen worden ingesteld. (Bron afbeelding: MEAN WELL)

De laadcurves kunnen ook worden geprogrammeerd met de optionele SBP-001 intelligente batterijlaadprogrammer.

De voeding maakt gebruik van een klassiek ontwerp met pulsbreedtemodulatie (PWM) en extra elementen om de extra functies als voedingsmonitor, batterijlader en UPS intelligent te regelen (Afbeelding 4). De kernvoeding wordt voorafgegaan door PFC (Power Factor Correction) en EMI (Electromagnetic Interference) filtering.

Afbeelding 4: Het blokschema toont een intelligente multifunctionele beveiligingsmodule uit de DRS-240/480-familie, inclusief batterijopladen, UPS-functies, PFC en voedingsbewaking. (Bron afbeelding: MEAN WELL)

PWM-regeling van de schakelcyclus is gebaseerd op spannings- en stroomterugkoppeling. Let op de voorziening in het ontwerp voor overspanningsbeveiliging (OVP), overbelastingsstroom (OVL) en bescherming tegen te hoge temperatuur (OTP). De microcontrollereenheid (MCU) biedt multimodale besturing voor het opladen van de batterij, batterijbewaking en communicatie.

Toepassingen voor DRS-240/480 intelligente beveiligingsvoedingen

Veel brand-, beveiligings- en veiligheidssystemen zijn volgens de bouw- en brandvoorschriften verplicht om te werken met back-upstroom in het geval van een stroomonderbreking van het elektriciteitsnet. Eén zo'n systeem is een bidirectionele versterker (BDA) die actieve communicatieondersteuning biedt voor hulpverleners in gebouwen waar draadloze communicatie moeilijk blijkt te zijn (Afbeelding 5). Het werkt als een repeater om signalen van noodradio's te versterken en opnieuw uit te zenden.

Afbeelding 5: BDA's fungeren als repeaters om signalen van noodradio's binnen een gebouw te versterken en opnieuw uit te zenden. (Afbeelding bron: MEAN WELL)

BDA's en bijbehorende antennes zijn vooral nuttig in grotere hoogbouwstructuren waar ze over veel verdiepingen verdeeld zijn. Deze systemen verbinden de BDA ook met respondersignalen van buiten het gebouw en geven deze intern door. BDA's hebben stroom nodig, zelfs als de normale netstroom uitvalt. De DRS-240/480-voedingen, met de bijbehorende batterijen, garanderen stroom door terug te schakelen naar de batterij-ondersteunde DC UPS-modus wanneer de netvoeding wegvalt. Als het wisselstroomnet onder het bereik van 79 tot 89 volt AC komt voor een lijn van 120 volt, of onder het bereik van 132 tot 187 volt AC voor een lijn van 220 volt, wordt de DC UPS-functie geactiveerd en wordt er overgeschakeld op back-upbatterijen.

Noodstroomsystemen leveren ook noodstroom aan systemen die bewoners en hulpverleners begeleiden en helpen bij het evacueren van een structuur. Voorbeelden van systemen zijn verlichte uitgangsborden, vloerverlichting voor evacuatieroutes en noodverlichting (Afbeelding 6).

Afbeelding 6: Dit is een intelligent verlichtingscontrolesysteem dat een DRS-240-voeding gebruikt als reservevoeding om licht en noodsignalen te leveren tijdens een noodsituatie. (Bron afbeelding: MEAN WELL)

In dit verlichtingscontrolesysteem levert de DRS-240-12 de noodstroombron om kritieke noodverlichting en -signalering in stand te houden als het lichtnet uitvalt. Deze voeding is geschikt voor 12 volt, 240 watt en kan tot 20 ampère (A) leveren.

Andere toepassingen voor intelligente beveiligingsvoedingen zijn brandalarm- en branddetectiesystemen om te helpen bij het melden en opsporen van branden in gebouwen. Deze systemen leveren cruciale informatie aan brandweerlieden over de locatie en omvang van een brand.

De DRS-240/480-serie intelligente beveiligingsvoedingen

De MEAN WELL DR-240/480-serie voedingen is verkrijgbaar in zeven modellen met een maximaal vermogen van 240 of 480 watt. Het maximale uitgangsvermogen omvat het uitgangsvermogen naar alle belastingen, de hoofduitgang en het opladen van de batterij. Merk op dat de batterijlaadstroom automatisch wordt aangepast op basis van de primaire uitgangsstroom om overbelasting te voorkomen. De serie omvat uitgangsspanningen van 12, 24, 36 of 48 volt (Tabel 1).

Tabel 1: Dit zijn de kenmerken van de MEAN WELL DRS-240/480-serie beveiligingsvoedingen. (Bron tabel: Art Pini)

De verbeterde mogelijkheden van deze intelligente voedingen betekenen dat ze meer veiligheidscertificaten vereisen dan conventionele voedingen. Deze voedingen voldoen aan de normen en bouwvoorschriften voor beveiligingssystemen die wereldwijd verplicht zijn, waaronder:

• VS: Underwriters Lab UL2524 - Norm voor 2-weg noodcommunicatieverbeteringssystemen in gebouwen 2019
• VS: National Fire Protection Association NFPA 1221 - Norm voor de installatie, het onderhoud en het gebruik van noodcommunicatiesystemen 2019
• Europa: Comité voor Normalisatie (CEN) EN 54-4: Branddetectie- en brandalarmsystemen - Deel 4: Voedingsapparatuur 1997
• UK: BS EN. 54-4 Branddetectie- en brandalarmsystemen voedingsapparatuur 1998
• China: GB 17945-2010 - Brandnoodverlichting en evacuatie-indicatiesysteem 2009

Conclusie

De MEAN WELL DRS-240/480 multifunctionele veiligheidsvoedingen integreren een voeding, een DC UPS en een batterijlader in één compacte DIN-railmodule. Volledig beschermd tegen overbelasting door spanning, stroom en temperatuur en met ingebouwde statusrapportage, kunnen ze snel worden geïntegreerd om de basis te vormen van een breed scala aan intelligente beveiligings- en brandsystemen voor slimme gebouwen.