Toteuta älykkäitä paloturvallisuus- ja turvajärjestelmiä nopeasti käyttämällä monitoimivirtalähdettä.

Huipputasoisten rakennusten suunnittelijoiden täytyy käyttää luotettavia palo- ja turvahälytysjärjestelmiä, palontorjuntajärjestelmiä, pelastushenkilöstön viestintätoistimia, varavalaistus- ja kulunvalvontajärjestelmiä, erityisesti jos rakennukset ovat korkeita. Nämä yhä älykkäämmät järjestelmät ovat riippuvaisia vakaasta virtalähteestä, jonka on pysyttävä toiminnassa ja ylläpidettävä tilaviestintää myös silloin, kun verkkovirta katkeaa tai sen toiminta vaarantuu. Lisäksi näiden järjestelmien täytyy olla kustannustehokkaita ja skaalautua erilaisia sovelluksia varten, jotta ne täyttäisivät muuttuvat suunnitteluvaatimukset.

Suunnittelijat voivat ratkaista nämä haasteet käyttämällä DIN-kiskoon asennettavia valmiita digitaalisia turvavirtalähteitä, jotka sisältävät tavallisen AC-DC-virtalähteen, akkulaturin, keskeytymättömän DC-virransyöttöjärjestelmän (DC UPS) sekä Modbus- tai CAN-väyläviestinnän. Nämä elementit toimivat vuorovaikutteisesti ja takaavat järjestelmän moitteettoman toiminnan myös vakavissa häiriötilanteissa. Virtalähteitä on saatavana 12, 24, 36 tai 48 voltin DC-lähdöllä ja ne sopivat monenlaisiin turvajärjestelmäkonfiguraatioihin. Virtalähteen tila ilmoitetaan paikallisesti ledimerkkivaloilla. Tila ilmoitetaan muille laitteille ohjaamalla relekoskettimia.

Tässä artikkelissa käsitellään sähkövarmuuteen liittyviä haasteita, joita suunnittelijat kohtaavat nykyaikaisissa rakennuksissa. Siinä esitellään lisäksi esimerkinomaisesti älykkäitä MEAN WELL -turvavirtajärjestelmiä ja kerrotaan, miten niitä voidaan käyttää useissa varavirtajärjestelmissä.

Turvajärjestelmien virtalähteet

Rakennusten turvajärjestelmiin kuuluvat palosuojelu, kulunvalvonta, hälytykset, varavalaistus ja hätäviestintä. Näiden järjestelmien tarkoituksena on varmistaa rakennuksen asukkaiden ja pelastushenkilöstön turvallisuus katastrofitilanteessa. Rakennus- ja paloturvallisuusmääräykset vaativat, että näissä kriittisissä järjestelmissä täytyy olla kaksi virtalähdettä tai enemmän, ja yhden näistä tulisi olla ladattava akku. Lisäksi turvajärjestelmän virran täytyy olla keskeytymätöntä. Näin ollen turvajärjestelmän virransyöttöön tarvitaan virtalähde, DC UPS ja akkulaturi. Jos järjestelmää ei käytetä paikallisesti, se vaatii myös tilaraportoinnin, jotta käyttäjiä voidaan varoittaa mahdollisista poikkeavuuksista.

MEAN WELL tarjoaa näihin vaatimuksiin ainutlaatuisen kokonaisratkaisun DRS-240/480-tuoteperheen tarjoaman älykkään turvavirtalähteen muodossa. Tämän tuoteperheen virtalähteet, kuten 24 volttia ja 480 wattia tarjoava versio DRS-480-24, ovat integroituja monitoimilaitteita. Ne sisältävät AC-DC-virtalähteen, akkulaturin ja DC UPS:n yhdessä DIN-kiskoon asennettavassa moduulissa, mikä helpottaa järjestelmän suunnittelua. Virtalähde muodostaa yhdessä vara-akkuyksikön ja hälytysohjausmoduulin kanssa perustan palohälytysjärjestelmälle (kuva 1).

Kuva 1: Kuvassa esitetään perustason palohälytysjärjestelmä, joka koostuu DRS-480-24-virtalähteestä, vara-akkuyksiköstä ja hälytysmoduulista, jotka kaikki sijaitsevat palohälytysjärjestelmän ohjauskaapissa. (Kuvan lähde: MEAN WELL)

DRS-480-24-virtalähde toimii jännitteillä 90–305 V(AC) tai 127–431 V(DC). Moduulin mitat ovat: leveys 110 millimetriä (mm) (4,3 tuumaa), korkeus 125,2 mm (4,9 tuumaa) ja syvyys 150,7 mm (5,9 tuumaa). Jopa 93,5 prosentin hyötysuhde mahdollistaa moduulin toiminnan ympäristön lämpötila-alueilla −30 ... +70 °C vapaata konvektiojäähdytystä käyttämällä. Moduuli tarjoaa suojauksen virran ylikuormitukselta, ylijännitteeltä ja väärinpäin kytketyltä akulta. Laite myös lopettaa akun käytön jos akun jännitetaso laskee liikaa.

DRS-240/480-tuoteperheen lähtötehotasot ovat 240 tai 480 wattia ja sen neljä eri lähtöjännitetasoa ovat 12, 24, 36 tai 48 volttia. Virtalähteiden mitat vaihtelevat teholuokitusten mukaan. DRS-240 on hieman pienempi kuin edellä mainittu DRS-480. Sen mitat ovat: leveys 85,5 mm (3,4 tuumaa), korkeus 125,2 mm (4,9 tuumaa) ja syvyys 129,2 mm (5,1 tuumaa).

Virtalähteet voidaan asentaa DIN-kiskoon TS-35/7,5 tai 15. DIN-asennus mahdollistaa useiden moduulien sijoittamisen vierekkäin tilan säästämiseksi. DIN-asennuksen ansiosta liitäntöjen, kuten relepohjaisen tilan sekä Modbus- tai CAN-väylän kautta kulkevan sarjaliikenteen, johdotuksiin on helppo päästä käsiksi, koska kaikki tehdään etupaneelista käsin (kuva 2).

Kuva 2: Virtalähteen liitännät, kuten relepohjainen tila ja Modbus- tai CAN-väylän tietoliikenne, ovat helposti käytettävissä etupaneelin johdotuskoskettimien kautta. (Kuvan lähde: MEAN WELL)

Tulo- ja lähtövirtaliitäntöjen lisäksi virtalähteillä on myös yhden navan ja kahden kytkentäpisteen (SPDT) C-relekoskettimet, jotka ilmaisevat tilat AC-vika, DC OK, akun varaustila alhainen / epänormaali / katkaistu tai laturin vika. RJ-45-tiedonsiirtoportti tarjoaa sarjadataliitännän valvontaan ja ohjaukseen Modbus- tai CAN-väylän kautta. Näiden väylien kautta välitetään lähtöjännitteen, -virran sekä lämpötilan tilamuutokset ja ohjataan laitetta, mukaan lukien laitteen käynnistys/sammutus sekä lähtöjännitteen/lähtövirran säätö. Niitä käytetään myös akun latausparametrien asettamiseen, joihin kuuluvat vakiovirta, vakiojännite, ylläpito, virtamuutos, akun lämpötilakompensointi ja latausaika.

Vasemmassa yläkulmassa olevat DIP-kytkimet mahdollistavat myös laturin ominaisuuksien manuaalisen asettamisen vastaamaan useita litium- tai lyijyakkutyyppejä, jotka käyttävät joko kaksivaiheista (vakiovirta, jonka jälkeen vakiojännite) tai kolmivaiheista (vakiovirta, jonka jälkeen vakiojännite ja sitten ylläpito) latausta (kuva 3).

Kuva 3: DIP-kytkimillä voidaan valita joko kaksi- tai kolmivaiheinen akkujen latausprofiili. (Kuvan lähde: MEAN WELL)

Latausprofiilit voidaan ohjelmoida myös lisävarusteena saatavalla älykkäällä akkulaturien ohjelmointilaitteella SBP-001.

Virtalähde käyttää klassista pulssileveysmoduloitua (PWM) hakkurivirtalähdemallia lisäelementtien kanssa, joilla ohjataan älykkäästi sen lisätehtäviä virransyötön valvonnassa, akkulaturina ja UPS-laitteena (kuva 4). Ennen varsinaista virtalähdeosaa suoritetaan tehokertoimen korjaus (PFC) ja sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) suodatus.

Kuva 4: Lohkokaavio esittää DRS-240/480-tuoteperheen älykkään ja monitoimisen turvavirtalähdemoduulin, joka sisältää akkulaturin, UPS-toiminnot, PFC-korjauksen ja virransyötön valvonnan. (Kuvan lähde: MEAN WELL)

Kytkentäkäyttöjakson PWM-ohjaus perustuu jännitteen ja virran takaisinkytkentään. Huomaa, että ratkaisu tarjoaa ylijännite- (OVP), ylikuormitusvirta- (OVL) ja ylilämpötilasuojauksen (OTP). Mikrokontrolleriyksikkö (MCU) tarjoaa monitilaohjauksen akun latausta, akun valvontaa ja viestintää varten.

Älykkäiden turvavirtalähteiden DRS-240/480 käyttökohteet

Rakennus- ja palomääräykset vaativat monilta palo-, turva- ja turvallisuusjärjestelmiltä sitä, että ne toimivat varavirralla sähkökatkoksen sattuessa. Yksi tällaisista järjestelmistä on kaksisuuntainen vahvistin (BDA), joka tarjoaa aktiivista viestintätukea pelastushenkilöstölle rakennuksissa, joissa langaton viestintä on hankalaa (kuva 5). Se toimii toistimena, joka vahvistaa ja lähettää eteenpäin pelastushenkilöstön radiosignaaleja.

Kuva 5: Kaksisuuntaiset vahvistimet toimivat toistimina, jotka vahvistavat ja lähettävät eteenpäin pelastushenkilöstön radiosignaaleja rakennuksen sisällä. (Kuvan lähde: MEAN WELL)

Kaksisuuntaiset vahvistimet ja niiden käyttämät antennit ovat erityisen hyödyllisiä isoissa ja korkeissa rakennuksissa, joissa vahvistimia on useissa kerroksissa. Nämä järjestelmät yhdistävät kaksisuuntaiset vahvistimet myös rakennuksen ulkopuolelta tuleviin pelastushenkilöstön signaaleihin ja välittävät ne eteenpäin rakennuksen sisällä. Kaksisuuntaiset vahvistimet tarvitsevat virtaa myös silloin, kun normaali verkkovirta pettää. DRS-240/480-virtalähteet ja niiden kanssa käytettävät akut takaavat virransyötön siirtymällä akkuvarmennettuun DC UPS -tilaan verkkovirran katketessa. Jos AC-verkkovirta laskee 79–89 voltin alueen alapuolelle 120 voltin verkossa tai 132–187 voltin alueen alapuolelle 220 voltin verkossa, DC UPS -toiminto aktivoituu ja virtalähde siirtyy käyttämään akkuja.

Varavirtajärjestelmät syöttävät virtaa myös järjestelmiin, jotka ohjaavat ja auttavat asukkaita ja pelastushenkilöstöä rakennusta evakuoitaessa. Esimerkkijärjestelmiin kuuluvat valaistut poistumisopasteet, evakuointireittien lattiavalot ja varavalaistus (kuva 6).

Kuva 6: Kuvassa esitetään älykäs valaistuksen ohjausjärjestelmä, joka käyttää DRS-240-virtalähdettä valojen ja hätäopasteiden varavirtalähteenä hätätilanteen aikana. (Kuvan lähde: MEAN WELL)

DRS-240-12 toimii tässä valaistuksen ohjausjärjestelmässä kriittisiä varavaloja ja opasteita ylläpitävänä varavirtalähteenä, jos verkkovirta katkeaa. Tämä virtalähde on luokiteltu 12 voltille ja 240 watille, ja se voi syöttää virtaa jopa 20 ampeeria (A).

Muita älykkäiden turvavirtalähteiden käyttökohteita ovat palohälytys- ja palontunnistusjärjestelmät, jotka auttavat rakennusten tulipalojen raportoinnissa ja seurannassa. Nämä järjestelmät tarjoavat pelastajille kriittisiä tietoja palon sijainnista ja laajuudesta.

Älykkäiden turvavirtalähteiden tuoteperhe DRS-240/480

MEAN WELL DR-240/480 -sarjan virtalähteitä on saatavana seitsemänä mallina ja niiden maksimi lähtöteho on 240 tai 480 wattia. Maksimi lähtöteho kattaa lähtötehon kaikille kuormille, päälähdölle ja akkulaturille. Huomaa, että akun latausvirta säätyy automaattisesti ensisijaisen lähtövirran perusteella ylikuormituksen estämiseksi. Sarjaan kuuluvat 12, 24, 36 tai 48 voltin lähtöjännitteet (taulukko 1).

Taulukko 1: Taulukko näyttää MEAN WELL DRS-240/480 -sarjan turvavirtalähteiden ominaisuudet. (Taulukon lähde: Art Pini)

Nämä älykkäät virtalähteet vaativat niiden lisäominaisuuksien vuoksi enemmän turvallisuussertifiointeja kuin perinteiset virtalähteet. Nämä virtalähteet noudattavat seuraavia turvajärjestelmiä koskevia maailmanlaajuisia standardeja ja rakennusmääräyksiä:

• Yhdysvallat: Underwriters Lab UL2524 Standardi rakennusten sisäisiä kaksisuuntaisia hätäradioviestintäjärjestelmiä varten 2019
• Yhdysvallat: Kansallinen palontorjuntajärjestö NFPA 1221 Hätäpalvelujen viestintäjärjestelmien asennusta, ylläpitoa ja käyttöä koskeva standardi 2019.
• Eurooppa: Standardointikomitea (CEN) EN 54-4: Palonhavaitsemis- ja palohälytysjärjestelmät Osa 4: Virransyöttölaitteisto 1997.
• Iso-Britannia: BS EN. 54-4 Palonhavaitsemis- ja palohälytysjärjestelmät Virransyöttölaitteisto 1998.
• Kiina: GB 17945-2010 Tulipalo-hätävalaistus ja evakuoinnin merkkivalojärjestelmä 2009.

Yhteenveto

Monitoimiset MEAN WELL DRS-240/480-turvavirtalähteet tarjoavat kokonaisratkaisun: niissä yhdistyvät virtalähde, DC UPS ja akkulaturi yhteen kompaktiin DIN-kiskomoduuliin. Ne on suojattu täysin jännitteen, virran ja lämpötilan ylikuormitustilanteiden varalta. Lisäksi ne tarjoavat tilaraportoinnin. Näiden ominaisuuksien ansiosta ne on helppo integroida nopeasti monenlaisiin älyrakennuksiin älykkäiden turva- ja paloturvallisuusjärjestelmien perustaksi.